Физика в нашей жизни, страница 194 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Физика в нашей жизни

Задание 1. Вопрос.

Как следует понимать профессиональную поговорку электромонтера: «Горячая пайка всегда холодная, а холодная пайка всегда горячая»?

Задание 2. Цепи с заданными свойствами.

Составьте схемы цепей, в которых:

1) одна лампа включалась и выключалась одним ключом;

2) две лампы включались и выключались одним ключом. Предложите две схемы, чтобы накал ламп в них был разным;

3) одна лампа включалась только при замыкании обоих ключей;

4) одна лампа включалась при замыкании любого из двух ключей;

5) каждая лампа включалась и выключалась своим ключом;

6) одна лампа включалась при замыкании одного из ключей, а другая – при замыкании обоих;

7) при замыкании ключа одна лампа гасла, а вторая горела ярче.

Мини-проект «Электричество в доме».

Введение в проблему.

Представить жизнь без электрической энергии в современном мире невозможно, несмотря на то, что электрический ток опасен для человека. Ток, прошедший через организм человека или животного, производит следующие действия:

• термическое (ожоги, нагрев и повреждение кровеносных сосудов);

• электролитическое (разложение крови, нарушение физико-химического состава);

• биологическое (раздражение и возбуждение тканей организма, судороги).

Описание ситуации.

Два брата, Азат и Марат, студенты политехнического колледжа, вместе с отцом разрабатывают схему электрической проводки в новом построенном двухэтажном коттедже. У семьи уже есть полный комплект бытовой техники: стиральная машина, компьютер, телевизор, микроволновая печь, электроплита, посудомоечная машина, холодильник, а также некоторые мелкие электробытовые устройства. Семья собирается сама закупить электросчетчики, установить электрические розетки, соблюдая технику безопасности и учитывая потребности семьи из 7 человек: бабушки, мамы и двух сестренок 11-летней Ажар и 5-летней Айсулу.

Задания и вопросы для анализа ситуации.

1. Укажите основные правила техники безопасности при работе с электричеством.

2. Составьте на предложенном вами плане схему размещения розеток, выключателей, автоматов, подводки электропитания и расположения и подключения бытовых электроприборов. Подготовьтесь к презентации и обоснованию плана.

3. Определите, может ли все необходимые работы семья выполнить самостоятельно? К каким фирмам она может обратиться за помощью?

Оцениваемые умения.

1. Знание ключевых правил техники безопасности при работе с электричеством.

2. Использование знаний в области физики для проведения работ с электричеством в домашних условиях.

3. Знание видов работ, которые разрешено проводить с электропроводкой без приглашения специалистов.

Рекомендации.

Используя материалы сети Интернет, изучите следующие вопросы: конструкции и особенности электрических устройств для электропроводки, виды электромонтажных работ.

Задание 1. Вопрос.

Профессиональная поговорка электромонтеров «Горячая пайка всегда холодная, а холодная пайка всегда горячая» является мнемоническим правилом, которое напоминает о двух важных аспектах пайки и электробезопасности.

1. «Горячая пайка всегда холодная»: Эта часть относится к качеству паяного соединения. «Горячая пайка» — это процесс пайки, выполненный с помощью нагретого паяльника. Однако сразу после пайки, даже если соединение выглядит идеальным, оно может быть «холодным». Термин «холодная пайка» означает дефектное соединение, при котором припой не смог образовать надежный электрический и механический контакт с соединяемыми поверхностями (например, из-за недостаточного прогрева деталей или их смещения в момент застывания припоя). Такое соединение имеет высокое переходное сопротивление и низкую механическую прочность. Поговорка учит, что любое свежесделанное («горячее») соединение следует считать потенциально ненадежным («холодным») и тщательно проверять.

2. «Холодная пайка всегда горячая»: Эта часть касается последствий дефектного соединения. «Холодная пайка» (дефектное соединение), обладая высоким электрическим сопротивлением, становится источником проблем при эксплуатации. Когда через такое соединение протекает электрический ток, на участке с высоким сопротивлением выделяется большое количество теплоты в соответствии с законом Джоуля-Ленца ($P = I^2 \cdot R$). Это приводит к сильному нагреву («горячая») дефектного контакта. Такой перегрев может вызвать повреждение соседних элементов, расплавление изоляции и, в худшем случае, стать причиной возгорания.

Таким образом, поговорка является важным напоминанием о необходимости контроля качества пайки и об опасности, которую представляют некачественные соединения в электрических цепях.

Ответ: Поговорка означает, что свежевыполненную пайку («горячую») следует считать потенциально некачественной («холодной») и проверять, а дефектная, некачественная пайка («холодная») при прохождении тока будет сильно нагреваться («горячая»), что опасно.

Задание 2. Цепи с заданными свойствами.

1) одна лампа включалась и выключалась одним ключом;

Для этого необходимо собрать простейшую электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных источника тока, ключа и лампы.

Ответ: Источник тока, ключ и лампа соединяются последовательно.

2) две лампы включались и выключались одним ключом. Предложите две схемы, чтобы накал ламп в них был разным;

Чтобы накал ламп был разным в двух разных схемах, нужно по-разному их соединить. Яркость (накал) лампы зависит от мощности, выделяемой на ней ($P = U^2/R$). При разном подключении на лампах будет разное напряжение, что приведет к разной яркости. Предполагаем, что лампы одинаковые.

Схема 1: Последовательное соединение. Две лампы и ключ соединяются последовательно. Напряжение источника разделится между двумя лампами (примерно пополам, если лампы одинаковые). Накал каждой лампы будет слабым.

Схема 2: Параллельное соединение. Две лампы соединяются параллельно друг другу, а эта группа ламп подключается к источнику тока последовательно с ключом. На каждой лампе будет полное напряжение источника. Накал каждой лампы будет сильным, значительно ярче, чем в первой схеме.

Ответ: Схема 1: последовательное соединение двух ламп и ключа. Схема 2: параллельное соединение двух ламп, подключенное к источнику через один общий ключ. Накал ламп в параллельной схеме будет ярче, чем в последовательной.

3) одна лампа включалась только при замыкании обоих ключей;

Это соответствует логической операции «И» (AND). Для ее реализации необходимо соединить оба ключа последовательно друг с другом и с лампой.

Ответ: Источник тока, первый ключ, второй ключ и лампа соединяются последовательно.

4) одна лампа включалась при замыкании любого из двух ключей;

Это соответствует логической операции «ИЛИ» (OR). Для ее реализации необходимо соединить оба ключа параллельно друг другу, а затем эту группу ключей подключить последовательно с лампой.

Ответ: Два ключа соединяются параллельно, а вся эта группа подключается последовательно с лампой и источником тока.

5) каждая лампа включалась и выключалась своим ключом;

Это требует создания двух независимых цепей, подключенных к одному источнику тока. Каждая цепь состоит из своего ключа и своей лампы.

Ответ: Схема состоит из двух параллельных ветвей, подключенных к одному источнику. В первой ветви последовательно соединены первый ключ и первая лампа. Во второй ветви последовательно соединены второй ключ и вторая лампа.

6) одна лампа включалась при замыкании одного из ключей, а другая – при замыкании обоих;

Для реализации такой логики можно использовать следующую схему. Пусть есть ключи К1, К2 и лампы Л1, Л2. Лампа Л1 должна загораться при замыкании К1. Лампа Л2 должна загораться при замыкании и К1, и К2.

Схема состоит из двух параллельных ветвей. Первая ветвь содержит ключ К1 и лампу Л1, соединенные последовательно. Вторая ветвь содержит ключ К1, ключ К2 и лампу Л2, соединенные последовательно.

Проверка работы:

• Замкнут только К1: ток идет по первой ветви, Л1 горит. Во второй ветви цепь разомкнута ключом К2, Л2 не горит.

• Замкнут только К2: обе ветви разомкнуты ключом К1, лампы не горят.

• Замкнуты К1 и К2: ток идет по обеим ветвям, горят и Л1, и Л2.

Ответ: Цепь состоит из двух параллельных ветвей. В первой ветви последовательно соединены ключ К1 и лампа Л1. Во второй ветви последовательно соединены ключ К1, ключ К2 и лампа Л2.

7) при замыкании ключа одна лампа гасла, а вторая горела ярче.

Такой эффект достигается, если замкнутый ключ шунтирует (создает короткое замыкание для) одну из ламп. Изначально (ключ разомкнут) обе лампы Л1 и Л2 соединены последовательно и горят с некоторой яркостью. Ключ К подключается параллельно лампе Л1.

• Когда ключ К разомкнут, ток течет через обе лампы (Л1 и Л2). Общее сопротивление цепи $R_{общ} = R_1 + R_2$.

• Когда ключ К замкнут, ток перестает течь через лампу Л1, так как он идет по пути наименьшего сопротивления — через ключ. Лампа Л1 гаснет. Общее сопротивление цепи уменьшается и становится равным $R_2$. Ток в цепи, согласно закону Ома $I = U/R$, увеличивается. Так как мощность на второй лампе $P_2 = I^2 R_2$, увеличение тока приводит к увеличению ее яркости.

Ответ: Две лампы (Л1 и Л2) соединены последовательно. Ключ подключен параллельно лампе Л1.

Мини-проект «Электричество в доме».

1. Укажите основные правила техники безопасности при работе с электричеством.

При работе с бытовым электричеством необходимо строго соблюдать следующие правила техники безопасности:

• Полное обесточивание. Перед началом любых работ необходимо отключить подачу электроэнергии с помощью соответствующего автоматического выключателя в электрощите. На щиток следует повесить табличку «Не включать! Работают люди».

• Проверка отсутствия напряжения. После отключения необходимо убедиться в отсутствии напряжения на рабочих проводах с помощью индикаторной отвертки, мультиметра или указателя напряжения. Перед использованием прибор следует проверить на заведомо рабочем участке цепи.

• Использование исправного инструмента. Весь ручной инструмент (отвертки, пассатижи, кусачки) должен иметь неповрежденные изолирующие рукоятки, рассчитанные на напряжение до 1000 В.

• Применение средств индивидуальной защиты (СИЗ). Необходимо использовать защитные очки для предотвращения попадания в глаза мелких частиц, а также диэлектрические перчатки при необходимости.

• Работа в сухих условиях. Категорически запрещается работать с электропроводкой в условиях повышенной влажности, стоя на мокром полу или мокрыми руками.

• Не работать в одиночку. Желательно, чтобы рядом находился человек, способный в случае экстренной ситуации оказать помощь или вызвать экстренные службы.

• Соблюдение норм и правил. Все работы должны выполняться в соответствии с действующими нормами и правилами (в России это ПУЭ — Правила устройства электроустановок).

Ответ: Основные правила включают: обязательное обесточивание рабочего места, проверку отсутствия напряжения, использование инструмента с изолирующими рукоятками, применение СИЗ, работу в сухих условиях и соблюдение нормативных документов.

2. Составьте на предложенном вами плане схему размещения розеток, выключателей, автоматов, подводки электропитания и расположения и подключения бытовых электроприборов. Подготовьтесь к презентации и обоснованию плана.

Поскольку план коттеджа не предоставлен, составим общие принципы и примерную схему разводки для двухэтажного дома с указанным набором техники и составом семьи.

Обоснование плана:

План электрики должен основываться на принципах безопасности, функциональности и энергоэффективности.

1. Электрический щит. Располагается на первом этаже у входа. Содержит:

• Вводной автомат (например, на 40-63 А).

• Электросчетчик.

• Устройство защиты от перенапряжений (УЗИП).

• Несколько Устройств Защитного Отключения (УЗО) или Дифференциальных автоматов для защиты групповых линий.

• Групповые автоматические выключатели для каждой линии потребителей.

2. Группировка потребителей (разделение на линии).

• Линия 1 (Электроплита): Отдельная линия от щита с кабелем большого сечения (например, медный 6 мм²) и автоматом на 32-40 А. Это необходимо из-за высокой мощности плиты (до 10 кВт).

• Линия 2 и 3 (Кухня, розетки): Две или более розеточные группы для кухни. Одна для посудомоечной машины (мощность ~2.2 кВт, автомат 16А). Вторая для розеток на фартуке (микроволновка, чайник, тостер). Обе линии должны быть защищены УЗО (или дифавтоматом) с током утечки 30 мА.

• Линия 4 (Стиральная машина): Отдельная линия в ванную/прачечную, защищенная УЗО на 30 мА. Автомат 16 А, кабель 2.5 мм².

• Линия 5 (Холодильник): Рекомендуется выделить в отдельную линию, чтобы случайное отключение других групп не привело к разморозке продуктов. Автомат 16 А.

• Линии 6, 7 (Жилые комнаты, 1 этаж): Розеточные группы для гостиной, спальни бабушки. Автоматы по 16 А. В гостиной предусмотреть больше розеток в зоне ТВ и компьютера.

• Линии 8, 9 (Жилые комнаты, 2 этаж): Розеточные группы для спальни родителей и детских. В детских комнатах Ажар и Айсулу розетки установить с защитными шторками. Рекомендуется защитить эти линии УЗО для дополнительной безопасности детей.

• Линии 10, 11 (Освещение): Освещение первого и второго этажей разделяется на две отдельные группы. Используются автоматы на 10 А и кабель сечением 1.5 мм². Это позволяет сохранить освещение при аварии в силовой розеточной сети.

3. Размещение выключателей и розеток.

• Выключатели: На высоте ~90 см от пола, со стороны дверной ручки при входе в комнату. В длинных коридорах и на лестницах использовать проходные выключатели для удобства.

• Розетки: В жилых комнатах на высоте ~30 см от пола. На кухне — над столешницей (~110-120 см от пола). Количество розеток планировать с запасом, чтобы избежать использования удлинителей.

Презентация плана будет включать поэтажный план с нанесенными условными обозначениями розеток, выключателей, светильников и трасс прокладки кабелей, а также однолинейную схему электрощита с указанием номиналов автоматов и УЗО. Обоснование будет подчеркивать, что такая схема обеспечивает безопасность (разделение на группы, УЗО, заземление), удобство использования и соответствует требованиям ПУЭ.

Ответ: Предложенный план основывается на разделении потребителей на группы с индивидуальной защитой автоматами и УЗО. Мощные приборы (плита, стиральная и посудомоечная машины) подключаются по отдельным линиям. Освещение отделено от розеточных сетей. Размещение розеток и выключателей планируется с учетом эргономики и безопасности, особенно в детских комнатах и влажных помещениях.

3. Определите, может ли все необходимые работы семья выполнить самостоятельно? К каким фирмам она может обратиться за помощью?

Возможность самостоятельного выполнения работ:

Несмотря на то, что Азат и Марат являются студентами политехнического колледжа, а отец, вероятно, имеет технические навыки, выполнение полного цикла электромонтажных работ в частном доме самостоятельно является крайне нежелательным и во многом незаконным.

• Работы, которые можно выполнить самостоятельно (условно): Семья может выполнить подготовительные работы, такие как штробление стен под проводку, прокладка кабелей в гофре, установка подрозетников. Они также могут самостоятельно составить план расположения розеток и выключателей. Однако даже эти работы лучше выполнять под контролем специалиста.

• Работы, требующие квалифицированного специалиста:

1. Сборка и подключение электрощита: Это самая ответственная часть работы, ошибки в которой могут привести к пожару или поражению током.

2. Подключение дома к линии электропередачи: Эту работу имеет право выполнять только представитель электросетевой компании.

3. Монтаж и опломбирование электросчетчика: Выполняется только сертифицированными специалистами энергосбытовой компании.

4. Проведение испытаний и измерений: После монтажа необходимо проверить сопротивление изоляции, сопротивление заземления и т.д. Это делается с помощью специальных приборов и квалифицированным персоналом электролаборатории.

5. Сдача объекта в эксплуатацию: Для официального подключения электричества требуется акт выполненных работ и протоколы испытаний от лицензированной организации.

Самостоятельный монтаж без соответствующей лицензии и квалификации не только смертельно опасен, но и приведет к тому, что дом просто не подключат к электросети, а в случае происшествия страховая компания откажет в выплатах.

К кому можно обратиться за помощью:

1. Проектная организация: для разработки официального проекта электроснабжения, который потребуется для согласования.

2. Лицензированная электромонтажная компания или частный сертифицированный электромонтажник: для выполнения всего комплекса работ — от прокладки кабеля до сборки щита и сдачи объекта.

3. Электролаборатория: для проведения необходимых замеров и выдачи технического отчета (протокола испытаний).

4. Местная электросетевая (Энергосбыт) компания: для получения технических условий на подключение, заключения договора, установки и опломбирования счетчика, а также физического подключения дома к электросети.

Ответ: Семья не может выполнить все работы самостоятельно. Работы по сборке электрощита, подключению к сети и официальной сдаче объекта должны выполнять только лицензированные специалисты. Семье следует обратиться в проектную организацию, электромонтажную компанию, электролабораторию и местную электросетевую компанию.