Содержание

Физика 8 класс. Короткое замыкание. Предохранители :: Класс!ная физика

Физика 8 класс. КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ

При прохождении электрического тока металлические проводники нагреваются
и могут даже расплавиться. Сильный нагрев проводов может привести к возгоранию изоляции
и к пожару.
Любой проводник во всех электрических устройствах, а также в бытовых электрических цепях
рассчитан на какой-то определенный максимальный ток, превышение которого ведет к нарушению работоспособности электроаппаратуры и возгоранию.
Практически максимально возможный ток может быть превышен из-за короткого замыкания цепей
по раличным причинам: нарушение изоляции проводов, попадания воды в устройство и т.д.
Короткое замыкание – это такое состояние электрической цепи, когда клеммы источника тока замыкаются накоротко без потребителя электроэнергии (без нагрузки).
Чтобы не возникали недопустимые токи, в электрическую цепь включается предохранитель,
который автоматически размыкает цепь, если ток превысил допустимое значение.

Условное обозначение предохранителя на электрической схеме:

Существуют разные виды предохранителей.

1. Самый простой вид – плавкая вставка. Она применяется, например, в бытовой радиоаппаратуре.
Главная часть – проволчка из легкоплавкого металла, с толщина которой рассчитана на определенный ток. При коротком замыкании проволочка плавится и размыкает цепь.

2. В жилых домах стоят предохранители – пробки. Они более мощные и рассчитаны на большие токи. Есть такое выражение “перегорели пробки”. Перегоревшую пробку меняют на новую.

…………………..

3. В настоящее время в домах стоят современные автоматы – предохранители другой конструкции,
но принцип действия остается прежним: не допустить опасный по величине ток !

КНИЖНАЯ ПОЛКА

1. Лошадиная авария.

Устали? – Отдыхаем!

Короткое замыкание.

Предохранители

Мы часто говорили о том, что те или иные приборы или электрические цепи рассчитаны на определенную силу тока. Если по какой-то причине сила тока становится больше допустимой, то это может привести к перегреву проводов или даже к пожару. Изучая параллельное соединение, мы говорили, что сила тока в проводе может стать слишком большой, если одновременно включить в сеть много приборов. Но, кроме этого, есть и другая причина, которая называется коротким замыканием. Соединение концов участка цепи проводником, с очень маленьким сопротивлением, по сравнению с сопротивлением цепи — это короткое замыкание. При коротком замыкании, сопротивление цепи резко уменьшается, а, значит, резко увеличивается сила тока.

Самый простой пример короткого замыкания — это прикосновение к открытому контакту. То есть, если сунуть шпильку в розетку, то будет короткое замыкание (не нужно проверять — поверьте на слово).

Скажем, сопротивление шпильки в 10 раз меньше. Тогда сила тока увеличится в 10 раз, а количество выделяемой тепловой энергии — в 100 раз по закону Джоуля-Ленца. Ведь количество теплоты, выделяемого током, пропорционально квадрату силы тока.

Таким образом, короткое замыкание может привести к воспламенению проводки. Кроме неправильных действий людей, короткое замыкание возникает и по другим причинам. Чаще всего, это повреждение изоляции проводов. Например, если на улице ветер, а изоляция проводов неисправна, то при соприкосновении двух оголенных проводов возникнет короткое замыкание.

Итак, давайте рассмотрим, что именно происходит при коротком замыкании. Например, вы включаете в розетку телевизор, мощностью 180 Вт. Поскольку напряжение в розетке 220 В, а мощность — это сила тока умножить на напряжение, ток составляет примерно 0,8 А.

А теперь представьте, что с проводом телевизора что-то не так, и ток возвращается в розетку, не проходя через телевизор (то есть коротким путём). Возникнет короткое замыкание. Сопротивление самого провода ничтожно мало по сравнению с сопротивлением телевизора. Поэтому, исходя из закона Ома, ток резко возрастёт, причем в десятки, а иногда и сотни раз.

Чтобы избежать пожаров по причине короткого замыкания — существуют предохранители. Как только сила тока превышает допустимое значение, предохранитель сразу отключает линию. Предохранители стоят в любом электроприборе, чтобы защитить их при перегрузках электрической сети и скачках напряжения. Самый элементарный предохранитель изготавливается из медной проволоки, покрытой оловом.

Он устанавливается на входе электроприборов, и при большой силе тока, проволока попросту плавится и цепь оказывается разомкнутой. Такие предохранители называют плавкими. Существует и другой вид предохранителей, основанных на тепловом действии тока. При слишком большой силе тока возникает перегрев проводов, а, как мы помним, при нагревании тела расширяются. Как только происходит такое расширение, предохранитель выключается автоматически.

В квартирной проводке, эти предохранители находятся на специальном щитке, на вводе проводов в квартиру. Как правило, в квартиру идут несколько проводов, поэтому, к каждому проводу последовательно подключается отдельный предохранитель. Если провода начинают перегреваться, то предохранители автоматически отключаются с характерным щелчком (мы говорим, что «вышибло пробки»).

Наверное, многие замечали такие явления: если включить одновременно на кухне и чайник, и микроволновку, и электрическую плитку, то может вышибить пробки. Или же, если одновременно работает стиральная машина, пылесос и фен, то может произойти то же самое. Поэтому, часто рекомендуется равномерно распределять нагрузку, которую даёт бытовая техника на провода. Нужно либо стараться не использовать несколько приборов одновременно, либо подключить их к разным узлам.

Упражнения.

Задача 1. На рисунке представлены мощность различных электроприборов в ваттах. Как лучше их подключить к домашней проводке, если ток в несущем проводе рассчитан на 33 А.

Мы видим, что в квартиру идут три параллельных узла (условно, кухня, коридор и комната), в каждом из которых должно быть не более 11 А. Напомним, что при параллельном подключении ток в несущем проводе равен сумме токов во всех ответвлениях. Например, несущий провод делится на три параллельных узла. Поэтому максимальный ток в каждом из этих узлов втрое меньше, чем максимальный ток в несущем проводе.

Разумеется, это далеко не самая сложная задача по распределению нагрузки, да и потребители электроэнергии редко думают об этом. Поэтому, необходимо использовать предохранители для предотвращения пожаров и поломки техники.

Что такое короткое замыкание и почему оно происходит? (доклад в День физики)

Что такое короткое замыкание и почему оно происходит? (доклад в День физики)

Каждый раз, когда вы вставляете вилку электроприбора в розетку, вы замыкаете электрическую сеть, и по ней начинает течь электрический ток.


Простейшая электрическая цепь состоит из источника тока, потребителя электроэнергии 
и выключателя, соединенных проводами.

Потребитель электрического тока преобразует электрическую энергию, которая к нему поступает, в другие виды энергии – механическую (например, в электродвигателях), тепловую (в утюгах, нагревательных приборах), световую (осветительные приборы) и т. д.

Сила тока в этой цепи равна

 ,

то есть она прямо пропорциональна напряжению в сети, и обратно пропорциональна сопротивлению, которое создает электроприбор (закон Ома).

А что произойдет, если цепь замкнется не так, как предусмотрено конструкцией цепи и электроприбора, а напрямую, минуя электроприбор?

Схематически это выглядит так:

В этом случае сопротивление сети сильно падает, и в результате сила тока в цепи резко возрастает.

А, как известно, количество теплоты, выделяемое на участке цепи, пропорционально квадрату силы тока на этом участке (закон Джоуля-Ленца). Так, если при коротком замыкании ток увеличится в 20 раз, то количество тепла, выделяющееся при этом, возрастет примерно в 400 раз! Вот почему короткое замыкание может вызвать расплавление проводов, воспламенение изоляции и, в конечном итоге, может привести к возгоранию горючих предметов вокруг места короткого замыкания, и к пожару.

Короткое замыкание возникает и в том случае, если сопротивление нагрузки становится меньше внутреннего сопротивления источника питания.

Из-за чего может возникнуть короткое замыкание? Чаще всего его причиной является нарушение изоляции проводов (из-за их износа, неправильной эксплутации и т.п.). Также причиной короткого замыкания могут быть механические повреждения в электрической цепи или в электроприборе, а также перегрузки сети.

Как можно предотвратить короткое замыкание?

Для этого в цепях устанавливают специальные предохранители.

Самые простые предохранители делают из легкоплавкого материала. В случае сильного увеличения силы тока этот материал плавится или сгорает и размыкает цепь задолго до того, как цепи произойдут более серьезные последствия. Пожертвовавшего собой маленького героя заменяют новым.

Автоматические предохранители устроены так, что в случае появления высокого тока короткого замыкания мгновенно срабатывает электромагнитный расцепитель, который разъединяет электрическую цепь без ущерба для себя. Для того, чтобы после устранения короткого замыкания снова включить электричество, нужно просто нажать на белую кнопку (красная служит для выключения) или перекинуть вверх опустившийся при срабатывании предохранителя рычажок.

основные причины, формула расчета, измерение тока

Что такое КЗ и причины его возникновения

Определение 1

Короткое замыкание приводит к образованию разрушительных токов, превышающим допустимые значения, повреждениям проводки и выходу приборов из строя.  

Получается, что если в электрической цепи сопротивления не будет, или оно будет слишком мало, то сила тока увеличится, вследствие чего в цепи потечет ток короткого замыкания.

Почему короткое замыкание так называется

Замыкание называется коротким из-за движения тока. При таком замыкании цепи ток течет по кратчайшему пути, минуя нагрузку, то есть проходит по наименьшему сопротивлению. 

Как происходит короткое замыкание

Короткое замыкание происходит через переходные сопротивления посторонних предметов в месте повреждения, заземлений или опор, а также сопротивления между проводами фаз и землей.

Короткое замыкание приводит к снижению напряжения в электрической цепи, к поражению током или резким выделением тепла, к расплавлению изоляционного материала с последующим возгоранием, повреждению электрического оборудования, без возможности восстановления.

Расчет тока короткого замыкания

Вычислить ток короткого замыкания можно по следующей формуле. Формула выводится из закона Ома для полной электрической цепи:

Iкз=UфZф-о, где Uф – фазное напряжение сети; Zф-о – полное сопротивление цепи фаза-нуль в Омах.

Петля фаза-нуль — это электрическая цепь (контур), которая состоит из фазного и нулевого проводников, а также фазы трансформатора.

При замыкании провода фазы на нулевой провод, который соединен с нейтралью (соединением обмоток всех фаз) трансформатора, получим контур, называемый петлей «фаза-ноль».

Меры, исключающие короткое замыкание

Защита от короткого замыкания основана на быстром разрыве электрической цепи. Это можно осуществить с помощью различных аппаратов.

Во многих современных электрических приборах имеется плавкий предохранитель, который расплавляется от большого количества тока, тем самым разрывая цепь.

В помещениях от короткого замыкания используют автоматы защиты. Они автоматически разрывают электрическую цепь при превышении допустимого значения тока. 

В промышленности от коротких замыканий используют специальные реле.

Физика 8 класс. Короткое замыкание

1. Ознакомьтесь со статьей о коротком замыкании в Википедии. Назовите две основные причины возникновения короткого замыкания и запишите их в таблицу. 2. Прочитайте презентацию, пройдя по ссылке. Представьте ситуацию: в квартире погас электрический свет, при осмотре проволочки предохранителя мальчик обнаружил обрыв, при этом концы обрыва были оплавлены. Что произошло? Зачем был нужен предохранитель и на каком принципе он работал? Указав свою фамилию и инициалы имени и отчества, запишите ответ на вопрос в таблицу, перейдя по ссылке. 3. Прочитайте урок по теме “Короткое замыкание. Предохранители”, перейдя по ссылке. Какой закон лежит в основе короткого замыкания? Создайте опорный конспект в документе гугл (может представлять собой текстовый документ, изображения, с помощью сервисов интеллект-карт) по этой теме, добавив картинки. Скажите: какие предохранители (рассчитанные на силы тока 6,3А, 10А, 16А, 25А) следует использовать в квартире Ивановых, если они часто пользуются одновременно пылесосом и микроволновой печью? Мощность пылесоса составляет 1300 Ватт, а мощность микроволновки 800 Ватт. Ответы и обоснование, а также ссылки на опорный конспект, запишите в таблице.  
4. Ознакомьтесь с рассказом одного журналиста.  Что использовал журналист, чтобы получить огонь? Как вы думаете, что именно он изготовил и называл “жучком”? Из-за чего возник пожар? Запишите в этот документ свои ответы. 
5. Прочитайте статью “Действие электрического тока на организм человека”. Опишите, чем так опасен ток для человека? Действие каких токов наиболее опасно для людей? В каких случаях ток может оказать полезное действие на организм человека? Приведите по одному примеру полезного и вредного воздействия тока на организм человека. Ответы запишите в таблицу. Разбейтесь на пары (или тройки) и создайте проект на данную тему. 

Изложите суть проекта по плану:

·        Проблемный вопрос (в качестве названия)

·        Цель проекта

·        Задачи проекта

·        Описание запланированных действий (читали, изучали, искали, проводили, и т.д.)

·        Полный развернутый ответ на проблемный вопрос

·        Вывод

·        Информационные источники

·        Авторы работы

Ссылки на него размещайте сюда. Оцените один из проектов по следующим критериям.

Конспект урока “Короткое замыкание”(физика 8 класс)

Тема урока «Короткое замыкание» Цели урока: 1.Дидактические: 1.1. Познакомить с явлением короткого замыкания. 1.2.Выделить преимущества, угрозы и недостатки электрической цепи. 1.3. Организовать систематизацию и углубление знаний о безопасном применении электрических приборов 1.4.Сформулировать основное назначение предохранителя. 1.5. Расширить знания о современном использовании предохранителей. 1.9.Подвести к необходимому применению предохранителя для безопасного  применения электрических приборов. 2. Психологические (развивающие): 2.1.Развитие навыков практической исследовательской работы с электрическими цепями. 2.2.Развитие всех уровней мышления в переносе на законы электрической цепи. 3. Педагогические (воспитательные) 3.1.Формирование операционных и личностных смыслов, связанных с широким  участием электрической энергии (техники) в жизни современного человека. 3.2. Формирование смысла негативного воздействия электрической энергии при  увеличении одновременного потребления большого количества электрических  приборов. 3.3.Формирование смысловых установок по сохранению своей жизни, жизни  окружающих и будущих детей учащихся от поражения электрическим током в  быту, школе и других местах. 3.5.Формирование смысловой ценности продолжения рода на основе решения  задачи обеспечения населения электрической энергией. Ход урока. 1.организационный момент 2. Повторение(работа по карточкам): ­найдите ошибки в схемах, ­соберите формулу, ­найдите соответствие, ­исправьте ошибки, ­заполни пустые клетки, ­на доске решить задачи (2 ученика). 1) Два проводника сопротивлениями 3 Ом и 2 Ом  соединены  последовательно.  Найти общее сопротивление этих проводников. 2) ) Два проводника сопротивлениями 3 Ом и 2 Ом  соединены  параллельно.  Найти общее сопротивление этих проводников. 3. Разбор задач на доске с переходом к изучению новой темы. Вопросы: 1. Что такое сопротивление? 2. Если добавить еще по одному проводнику сопротивлением 2 Ом, как  изменится общее сопротивление? 3. Какая физическая величина ,характеризующая электрические цепи зависит от сопротивления? 4. Сформулируйте закон Ома для участка цепи. 5. Если будет увеличиваться сила тока, то что произойдет с  электропроводкой? 6. Какой закон это объясняет? Сформулируйте его. 7. Если мы дома подключаем одновременно несколько электрических  приборов, то какое это соединение? К чему это может привести? 4. Изучение новой темы. Итак, мы пришли к выводу, что электрические цепи рассчитаны на определенное  значение силы тока. Если R уменьшается, то сила эл. тока увеличивается.  R    ум.    След.     I увел.     след.    Q увел.      ~ I2 Провода нагреваются, возможно воспламенение изоляции проводов и даже их  расплавление. Мы с вами перешли к изучению новой темы «Короткое замыкание». И сегодня у  нас цель познакомиться с коротким замыканием, с причинами , которые к нему  приводят, с последствиями и как  не допустить  к. з. Демонстрация мультфильма «Фиксики»  «короткое замыкание» . Причины короткого замыкания: 1) использование шнуров с поврежденной изоляцией, 2) ветхая электропроводка, 3)использование самодельных обогревателей, 4) включение нескольких мощных электрических приборов в одну розетку. Каждому вручается памятка по бытовому пользователю электричеством. Как вы думаете можно ли избежать короткое замыкание? Какое устройство  защищает квартиру от короткого замыкания? Да! Для этого применяют предохранители электрического тока­устройства для  предотвращения недопустимого или опасного действия. Предохранители              ­­­­плавкие (прерывающие электрическую цепь в  результате расплавления специального проводника,  «+» простота и дешевизна,   « ­»  необходимость замены;                                              ­­­­работающие на расширение. Продемонстрировать полуавтоматические предохранители на разную силу тока,  что такое «жучок». 5.Закрепление. Решить задачу. Некоторым из вас приходится иметь дело с аккумуляторами, у них очень  маленькое внутреннее сопротивление (0,01Ом).  Банальная оплошность­падение  гаечного ключа на клеммы аккумулятора может привести к короткому  замыканию, рассчитайте , чему равен ток к.з., если напряжение на аккумуляторе  12 В.  (ответ 1200А) Для сравнения:10 А­ допустимый ток в квартирной проводке. Ток силой 1200 А  приведет к сгоранию обкладок, и аккумулятор может взорваться от выделенного тепла, особенно опасны кислотные аккумуляторы. 6.Итог. К сожалению, человеческий фактор (халатность. Оплошность, проступок. Лень.  Всем известное «авось все обойдется», элементарное незнание физики и правил  обращения с электроприборами) не позволяет избежать короткого замыкания, а  вот предохранители, которые лежат у вас на   столе, защищают квартиру от  пожара. 7. Домашнее задание. Проверить какие именно предохранители используются в вашей квартире, и нет  ли жучков.

Электронагревательные приборы. Лампа накаливания. Короткое замыкание. Предохранители. | Поурочные планы по физике 8 класс

Электронагревательные приборы. Лампа накаливания. Короткое замыкание. Предохранители.