Короткое замыкание. Предохранители

Введение

В электротехнике и повседневной жизни мы часто сталкиваемся с понятием короткого замыкания. Это одно из самых опасных явлений в электрических цепях, которое может привести к поломке оборудования, пожару или даже поражению электрическим током. Чтобы избежать подобных последствий, применяются различные устройства защиты — предохранители и автоматические выключатели.

Понимание причин короткого замыкания, принципов его возникновения и способов защиты цепи — важнейшая часть изучения темы «Электрический ток» в 8 классе. Ведь безопасное использование электричества — это не только знание формул, но и умение применять их на практике, чтобы защитить себя и окружающих.

Возникновение короткого замыкания

Короткое замыкание — это такое соединение между частями электрической цепи, при котором сопротивление участка резко уменьшается почти до нуля. В результате через цепь начинает проходить очень большой ток.

Например, если соединить провода, подключенные к полюсам батарейки, без нагрузки (лампы, резистора и т. д.), то произойдёт короткое замыкание. При этом по проводам пойдёт сильный ток, они начнут нагреваться и могут расплавиться.

Причины короткого замыкания могут быть различными:

• повреждение изоляции проводов;

• неправильное подключение элементов цепи;

• попадание влаги или металлических предметов внутрь приборов;

• износ электрооборудования.

При коротком замыкании происходит интенсивное выделение теплоты, описываемое законом Джоуля – Ленца:

где  — количество выделившейся теплоты,  — сила тока,  — сопротивление,  — время.
Так как сопротивление при коротком замыкании очень маленькое, ток  становится огромным, и за короткое время выделяется большое количество теплоты.

Защита электрической цепи. Предохранители

Чтобы предотвратить перегрев и разрушение проводов при коротком замыкании, применяются предохранители. Это устройства, которые автоматически разрывают цепь при превышении допустимого тока.

Наиболее простым примером является плавкий предохранитель. Он состоит из тонкой металлической проволоки, вставленной в изолирующий корпус. Когда ток в цепи становится слишком большим, проводник нагревается и плавится, разрывая цепь и предотвращая дальнейшее прохождение тока.

Основные элементы предохранителя:

1. Корпус — изолирует и защищает от прикосновений.

2. Плавкий элемент — тонкая проволока из легкоплавкого металла (олово, свинец, алюминий).

3. Контакты — обеспечивают соединение с цепью.

Современные бытовые сети часто используют автоматические выключатели. Они выполняют ту же функцию, но вместо плавкого элемента используют электромагнитный или тепловой механизм, который автоматически размыкает цепь и может быть включён повторно вручную.

Закон Джоуля – Ленца и короткое замыкание

Закон Джоуля – Ленца объясняет, почему при коротком замыкании выделяется огромное количество теплоты:

Даже если сопротивление  мало, ток  увеличивается настолько сильно, что произведение  становится большим. Это вызывает перегрев проводников и может привести к возгоранию.

Поэтому защита от короткого замыкания необходима не только для сохранности электроприборов, но и для безопасности людей.

Применение предохранителей

Предохранители устанавливаются:

• в домашних электрических щитках;

• в розетках и сетевых фильтрах;

• в автомобилях;

• в бытовых приборах (телевизоры, утюги, стиральные машины).

Каждый предохранитель рассчитан на определённую силу тока. Например, если прибор потребляет 5 А, то предохранитель ставят на 6–7 А. Если ток превышает это значение — цепь размыкается.

Интересные факты

• Первая конструкция плавкого предохранителя была запатентована Томасом Эдисоном в 1890 году.

• Современные автоматические выключатели способны срабатывать за доли секунды, предотвращая возгорание.

• В промышленных установках применяют многоступенчатую защиту, чтобы короткое замыкание не выводило из строя всю систему.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется коротким замыканием?

2. Почему при коротком замыкании сила тока резко возрастает?

3. Как закон Джоуля – Ленца объясняет нагревание проводников при коротком замыкании?

4. Какие устройства предназначены для защиты цепи от короткого замыкания?

5. Из чего состоит плавкий предохранитель?

6. Чем автоматический выключатель отличается от плавкого предохранителя?

7. Почему важно правильно подбирать силу тока предохранителя?

8. Где в быту чаще всего используются предохранители?