Номер 1, страница 175 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Электромагнитные явления. Параграф 39. Самоиндукция. Задание 35 - номер 1, страница 175.

Условие.

1. Почему отключение мощных потребителей тока от источников питания производят при помощи реостатов?

Решение.

Отключение мощных потребителей тока, особенно тех, которые обладают значительной индуктивностью (например, мощные электродвигатели, электромагниты), производят при помощи реостатов для предотвращения возникновения опасного явления — экстратока размыкания и связанной с ним электрической дуги.

Суть явления заключается в следующем:

1. При протекании тока через катушку индуктивности (которая является основной частью многих мощных потребителей) создается магнитное поле. Энергия этого поля запасается в катушке.

2. При попытке резко разорвать электрическую цепь (например, простым выключателем) ток в ней стремится мгновенно упасть до нуля. Это вызывает очень быстрое изменение магнитного потока, пронизывающего катушку.

3. Согласно закону электромагнитной индукции, в катушке возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует изменению тока. Величина этой ЭДС пропорциональна индуктивности $\text{L}$ и скорости изменения тока $\frac{\Delta I}{\Delta t}$:

$ \mathcal{E}_{с.и.} = -L \frac{\Delta I}{\Delta t} $

4. Поскольку при резком размыкании цепи время изменения тока $\Delta t$ очень мало ($\Delta t \to 0$), а изменение тока $\Delta I$ велико (от рабочего значения до нуля), возникающая ЭДС самоиндукции может достигать огромных значений, многократно превышающих напряжение источника питания.

5. Эта огромная ЭДС способна пробить воздушный зазор между расходящимися контактами выключателя, создавая устойчивый электрический разряд — дугу. Электрическая дуга имеет очень высокую температуру, что приводит к обгоранию и разрушению контактов выключателя, может стать причиной пожара и представляет смертельную опасность для человека.

Для безопасного отключения в цепь последовательно с потребителем включают реостат. Перед размыканием цепи сопротивление реостата плавно выводят на максимум. В соответствии с законом Ома ($I = U/R$), это плавно уменьшает ток в цепи до безопасного, минимального значения. Только после этого цепь размыкают выключателем. Так как в момент разрыва ток уже очень мал, возникающая ЭДС самоиндукции оказывается незначительной и не может вызвать образование дуги.

Ответ: Реостат используют для того, чтобы перед размыканием цепи плавно снизить силу тока до безопасного минимума. Это предотвращает возникновение огромной ЭДС самоиндукции и, как следствие, опасной электрической дуги, которая может разрушить контакты выключателя и создать угрозу пожара и поражения электрическим током.