Номер 4, страница 186 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

4. В чем различие принципа действия плавкого и автоматического предохранителей?

Плавкие и автоматические предохранители (также известные как автоматические выключатели) служат для защиты электрических цепей от токов, превышающих номинальные значения (токов перегрузки и короткого замыкания). Несмотря на общую цель, их принципы действия кардинально отличаются.

Принцип действия плавкого предохранителя

Работа плавкого предохранителя основана на тепловом действии электрического тока. Ключевым элементом является плавкая вставка — тонкий проводник из легкоплавкого металла (например, сплава свинца, олова, цинка), который помещен в диэлектрический корпус (чаще всего стеклянный или керамический).

Когда ток в цепи не превышает допустимого значения, проводник нагревается, но выделяемое тепло успевает рассеиваться, и его температура остается стабильной и безопасной. Если же сила тока значительно возрастает (при перегрузке или коротком замыкании), количество выделяемой теплоты, согласно закону Джоуля-Ленца ($Q = I^2 \cdot R \cdot t$), резко увеличивается. Проводник быстро нагревается до своей температуры плавления, расплавляется (перегорает) и физически разрывает цепь, прекращая ток.

Основной недостаток и особенность такого предохранителя — он одноразовый. После срабатывания сгоревший предохранитель необходимо заменить новым.

Принцип действия автоматического предохранителя

Автоматический предохранитель, или автоматический выключатель, — это более сложное электромеханическое устройство, которое является многоразовым и обычно сочетает в себе два различных механизма защиты.

1. Тепловой расцепитель. Он служит для защиты от перегрузок — длительного протекания тока, который ненамного превышает номинальный. Его главный элемент — биметаллическая пластина, состоящая из двух металлов с разными коэффициентами теплового расширения. При прохождении тока пластина нагревается. Если ток превышает норму в течение некоторого времени, пластина из-за неравномерного расширения изгибается и приводит в действие спусковой механизм, который размыкает силовые контакты. Этот процесс является инерционным и срабатывает с задержкой.

2. Электромагнитный расцепитель. Он обеспечивает защиту от токов короткого замыкания, которые могут в десятки и сотни раз превышать номинальный ток. Этот расцепитель представляет собой катушку (соленоид), через которую протекает ток цепи. При возникновении короткого замыкания огромный ток создает в катушке мощное магнитное поле, которое мгновенно втягивает подвижный сердечник (якорь). Сердечник ударяет по рычагу спускового механизма, вызывая практически моментальное размыкание цепи.

После устранения причины аварии (перегрузки или короткого замыкания) автоматический выключатель можно снова ввести в работу, просто переключив его рычаг в положение «включено».

Ответ: Главное различие принципов действия состоит в следующем:

• Плавкий предохранитель работает только на одном принципе — тепловом. При сверхтоке его рабочий элемент (плавкая вставка) нагревается, плавится и разрушается, разрывая цепь. Это одноразовое устройство.

• Автоматический предохранитель сочетает два принципа: тепловой (биметаллическая пластина) для защиты от длительных перегрузок и электромагнитный (соленоид) для мгновенной защиты от коротких замыканий. Он не разрушается при срабатывании, а механически размыкает контакты, поэтому является многоразовым устройством.