Короткое замыкание и предохранители
⚡ Физика · 8 класс
Что такое короткое замыкание
Короткое замыкание — это соединение двух полюсов источника (или двух точек цепи) проводником с очень малым сопротивлением, минуя потребитель. Чаще всего оно случается, когда оголённые провода случайно касаются друг друга, например при повреждении изоляции. По закону Ома I = U / R: если сопротивление R резко уменьшается почти до нуля, то сила тока I резко возрастает до очень больших значений.
Чем опасно короткое замыкание
При большом токе провода очень сильно нагреваются. По закону Джоуля—Ленца количество выделяемой в проводнике теплоты равно:
Q = I²·R·t
Так как теплота пропорциональна квадрату силы тока, даже небольшое увеличение тока даёт сильный нагрев. При коротком замыкании ток может возрасти в десятки раз, поэтому провода раскаляются, изоляция плавится, и может начаться пожар. Именно поэтому короткое замыкание — одна из самых частых причин возгораний в электропроводке.
| Состояние цепи | Сопротивление | Сила тока | Нагрев проводов |
|---|---|---|---|
| Нормальная работа | Обычное | Допустимая | Слабый |
| Короткое замыкание | Очень малое | Очень большая | Опасный, до пожара |
Плавкие предохранители
Чтобы защитить цепь, в неё включают предохранитель. Главная его часть — короткая тонкая проволочка из легкоплавкого металла (например, из свинцового или оловянного сплава). Её сечение и материал подбирают так, чтобы при допустимом рабочем токе она оставалась целой, а при опасном превышении тока быстро нагревалась по закону Джоуля—Ленца и плавилась, разрывая цепь раньше, чем перегреются основные провода. Предохранитель — самое «слабое» и потому защищённое звено цепи.
Порядок срабатывания: ток вырос → проволочка предохранителя нагрелась → металл расплавился → цепь разорвалась → ток прекратился
Современные защитные устройства
Кроме плавких предохранителей, в современных квартирах применяют автоматические выключатели. При превышении тока они сами размыкают цепь, но в отличие от плавкого предохранителя их не нужно менять: после устранения неисправности автомат можно снова включить рычажком.
Частые ошибки. Нельзя заменять перегоревший предохранитель толстой проволокой («жучком»): такая проволока не расплавится вовремя, и защита исчезнет — это прямая причина пожаров. Предохранитель всегда включают последовательно с защищаемым участком, иначе он не будет пропускать через себя весь ток цепи.
Кратко о главном
- Короткое замыкание — путь тока в обход потребителя при очень малом сопротивлении.
- Сила тока резко растёт, провода опасно перегреваются.
- Опасность объясняется законом Джоуля—Ленца
Q = I²·R·t. - Плавкий предохранитель расплавляется и разрывает цепь.
- Автоматический выключатель можно включить повторно.
- Заменять предохранитель «жучками» недопустимо и опасно.