Загрузка...30. Объяснение электрических явлении
§ 30. Объяснение электрических явлении
Вам уже известно, что все тела состоят из атомов. В каждом атоме число протонов и число электронов одинаково, поэтому в обычных условиях общее число электронов в любом теле равно общему числу протонов в нём. Все электроны одинаковы, и каждый из них имеет наименьший отрицательный заряд. Все протоны также одинаковы, и каждый имеет положительный заряд, равный заряду электрона.
Итак, сумма всех отрицательных зарядов в теле равна по абсолютному значению сумме всех положительных зарядов, и тело в целом не имеет заряда. Оно электрически нейтрально.
Если же нейтральное тело приобретёт электроны от какого-нибудь другого тела, то оно получит отрицательный заряд. Таким образом, тело заряжено отрицательно в том случае, если оно обладает избыточным, по сравнению с нормальным, числом электронов.
А если нейтральное тело теряет электроны, то оно получает положительный заряд. Следовательно, тело обладает положительным зарядом, если у него недостаточно электронов.
Таким образом, тело электризуется, т. е. получает электрический заряд, когда оно приобретает или теряет электроны.
Когда эбонитовую палочку трут о шерсть, то она заряжается отрицательно, а шерсть при этом — положительно. Это объясняется тем, что при трении электроны переходят с шерсти на эбонит, т. е. с того вещества, в котором силы притяжения электронов к ядру атома меньше, на то вещество, в котором эти силы больше. Теперь в эбонитовой палочке будет избыток электронов, а в куске шерсти — недостаток.
Электризация:
а — стеклянной палочки трением о шёлк; б — эбонитовой палочки трением о мех
Как показывает опыт, заряды шерсти и эбонитовой палочки равны по абсолютному значению. Ведь сколько электронов ушло с шерсти, столько же их прибавилось на эбоните. Значит, при электризации тел заряды не создаются, а только разделяются. Часть отрицательных зарядов переходит с одного тела на другое. Экспериментально установлено, что при электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда.
Замкнутой считают систему, в которую извне не входят и не выходят наружу электрические заряды.
Зная строение атома, можно объяснить существование проводников и диэлектриков. В атомах электроны находятся на разных расстояниях от ядра (см. рис. 40, в, ядро лития), удалённые электроны слабее притягиваются к ядру, чем ближние. Особенно слабо удерживаются удалённые электроны ядрами металлов. Поэтому в металлах электроны, наиболее удалённые от ядра, покидают своё место и свободно движутся между атомами. Эти электроны называют свободными электронами. Те вещества, в которых есть свободные электроны, являются проводниками.
При помощи проводника — металлического стержня — соединим незаряженный электроскоп с отрицательно заряженным. Свободные электроны стержня окажутся в электрическом поле заряженного электроскопа и придут в движение по направлению к незаряженному электроскопу. В результате и этот электроскоп зарядится отрицательно (рис. 41). В эбоните, резине, пластмассах и многих других неметаллах электроны прочно удерживаются в своих атомах и не могут двигаться в электрическом поле. Поэтому такие вещества являются непроводниками, или диэлектриками.
Рис. 41. Зарядка электроскопа с помощью металлического стержня
Знания об электроне и строении атома позволяют объяснить явление притяжения ненаэлектризованных тел к наэлектризованным. Почему, например, притягивается к заряженной палочке гильза, которую мы предварительно не наэлектризовали? Ведь мы знаем, что электрическое поле действует только на заряженные тела.
Дело в том, что в гильзе есть свободные электроны. Как только гильза будет внесена в электрическое поле, электроны придут в движение под действием сил поля. Если палочка заряжена положительно, то электроны перейдут на тот конец гильзы, который расположен ближе к палочке. Этот конец зарядится отрицательно. На противоположном конце гильзы будет недостаток электронов, и этот конец окажется заряженным положительно (рис. 42, а). Отрицательно заряженный край гильзы ближе к палочке, поэтому гильза притянется к ней (рис. 42, б). Когда гильза коснётся палочки, то часть электронов с неё перейдёт на положительно заряженную палочку. На гильзе останется нескомпенсированный положительный заряд (рис. 42, в).
Рис. 42. Передача заряда от заряженной палочки незаряженной гильзе
Если заряд передают от заряженного шара к незаряженному и размеры шаров одинаковы, то заряд разделится пополам (см. рис. 39). Но если второй, незаряженный шар больше, чем первый, то на него перейдёт больше половины заряда. Чем больше тело, которому передают заряд, тем большая часть заряда на него перейдёт. На этом основано заземление — передача заряда земле. Земной шар велик по сравнению с телами, находящимися на нём. Поэтому при соприкосновении с землёй заряженное тело отдаёт ей почти весь свой заряд и практически становится электрически нейтральным.
§ 10-а. Электрическая цепь На предыдущем уроке мы познакомились с источниками тока
На предыдущем уроке мы познакомились с источниками тока. Существуют также и потребители электроэнергии – лампы, пылесосы, звонки, компьютеры и другие. Для их включения и отключения применяют выключатели, кнопки и рубильники.
Источник тока и потребители электроэнергии, соединенные проводниками, в физике называют электрической цепью. Например, на рисунке вы видите изображение простой электрической цепи для одновременного наблюдения теплового, химического и магнитного действий тока.
  |
В физике все электроприборы имеют условные обозначения:
В дальнейшем на уроках физики нам придется использовать много электроприборов, соединяя их в разнообразные электрические цепи. Они могут быть достаточно сложными. И чтобы лучше их понимать, мы будем пользоваться электрическими схемами. Ниже, например, вы видите схему цепи, изображенной на левой странице.
^ Виды соединений проводников. Если вас попросят собрать цепь из источника тока и двух лампочек, то вы, скорее последовательным всего, поступите как изображено на схеме «а». Такое соединение проводников называют. Оно так названо потому, что электроны, двигаясь от клеммы «–» источника тока, пройдут через обе лампочки последовательно, то есть сначала через левую лампочку, а затем – через правую.
 |
Но лампочки можно соединить и так, как изображено на схеме «б». Такое соединение проводников называется параллельным. Это название подчеркивает, что, двигаясь от источника тока, все электроны разделятся на две «группы», которые пройдут через лампочки параллельно, независимо друг от друга.
 |
В электрических цепях часто встречается смешанное соединение электроприборов. Например, на схеме «в» показано параллельное соединение резистора и вольтметра. Эта группа приборов последовательно соединена с амперметром и клеммами для подключения источника тока.
 |
Соберем цепь из лампочки и источника тока. При замыкании цепи, лампочка, конечно же, загорится. Включим теперь в цепь отрезок стальной проволоки. Лампочка станет гореть тусклее. Заменим теперь стальную проволоку на никелиновую. Накал спирали лампочки еще уменьшится. Другими словами, мы наблюдали ослабление теплового действия тока или уменьшение мощности тока. Из опыта следует вывод: последовательное включение в цепь дополнительного проводника всегда приводит к уменьшению мощности тока.
 |
Вспомним, что тепловое действие тока мы объясняем ударами электронов об ионы кристаллической решетки. Следовательно, если накал спирали лампочки уменьшился, значит, уменьшился поток электронов через ее спираль. В таком случае говорят, что уменьшилась сила тока. Итак, под изменением силы тока мы будем понимать изменение количества электронов, проходящих через поперечное сечение металлического проводника за единицу времени.
Итак, сила тока – физическая величина, показывающая заряд, проходящий через проводник за единицу времени. Математически это определение записывается в виде формулы:
 | I – | сила тока, А |
| q – | заряд, Кл | |
| t – | время, с |
Для измерения силы тока используют специальный прибор – амперметр. Его включают в разрыв цепи в том месте, где нужно измерить силу тока. Внешний вид школьного демонстрационного амперметра вы видите слева.
 |
Единица силы тока – 1 ампер (1 А = 1 Кл/с). Для установления этой единицы используют магнитное действие тока. Оказывается, что проводники, по которым текут параллельные одинаково направленные токи, притягиваются друг к другу. Это притяжение тем сильнее, чем больше длина этих проводников и меньше расстояние между ними. За 1 ампер принимают силу такого тока, который вызывает между двумя тонкими бесконечно длинными параллельными проводниками, расположенными в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, притяжение силой 0,0000002 Н на каждый метр их длины.
Измерим силу тока на различных участках цепи, состоящей из реостата и лампочки. Сначала амперметр включим между реостатом и лампочкой, а затем – между лампочкой и источником тока.
Измерения показывают, что на всех участках цепи с последовательным соединением проводников сила тока одинакова. Даже если ползунок реостата передвинуть, и изменить силу тока, она, тем не менее, на всех участках цепи опять-таки будет одинаковой:
Измерим теперь силу тока на различных участках цепи с параллельным соединением проводников, например, лампочек.
Измерения показывают, что сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов на всех параллельно соединенных проводниках.
В этом опыте, например, могли получиться следующие показания амперметра: I1 = 0.2 А, I2 = 0.3 А, Iоб = 0.5 А.
Занимательные опыты со статическим электричеством
Во всех проводимых в этом разделе опытах мы используем статическое электричество. Электричество называют статическим, когда ток, то есть перемещение заряда, отсутствует. Оно образуется за счет трения объектов. Например, шарика и свитера, шарика и волос, шарика и натурального меха. Вместо шарика иногда можно взять гладкий большой кусок янтаря или пластмассовую расческу. Почему мы используем в опытах именно эти предметы? Все предметы состоят из атомов, а в каждом атоме находится поровну протонов и электронов. У протонов заряд — положительный, а у электронов — отрицательный. Когда эти заряды равны, предмет называют нейтральным, или незаряженным. Но есть предметы, например, волосы или шерсть, которые очень легко теряют свои электроны. Если потереть шарик (янтарь, расческу) о такой предмет, часть электронов перейдет с него на шарик, и он приобретет отрицательный статический заряд. Когда мы приближаем отрицательно заряженный шарик к некоторым нейтральным предметам, электроны в этих предметах начинают отталкиваться от электронов шарика и перемещаться на противоположную сторону предмета. Таким образом, верхняя сторона предмета, обращенная к шарику, становится заряженной положительно, и шарик начнет притягивать предмет к себе. Но, если подождать подольше, электроны начнут переходить с шарика на предмет. Таким образом, через некоторое время шарик и притягиваемые им предметы снова станут нейтральными и перестанут притягиваться друг к другу.
Опыт №1. Понятие о электрических зарядах.
Цель: Показать, что в результате контакта между двумя различными предметами возможно разделение электрических разрядов.
1. Воздушный шарик.
2. Шерстяной свитер.
Опыт: Надуем небольшой воздушный шарик. Потрем шарик о шерстяной свитер и попробуем дотронуться шариком до различных предметов в комнате. Получился настоящий фокус!Шарик начинает прилипать буквально ко всем предметам в комнате: к шкафу, к стенке, а самое главное — к ребенку. Почему?
Это объясняется тем, что все предметы имеют определенный электрический заряд. Но есть предметы, например — шерсть, которые очень легко теряют свои электроны. В результате контакта между шариком и шерстяным свитером происходит разделение электрических разрядов. Часть электронов с шерсти перейдет на шарик, и он приобретет отрицательный статический заряд. Когда мы приближаем отрицательно заряженный шарик к некоторым нейтральным предметам, электроны в этих предметах начинают отталкиваться от электронов шарика и перемещаться на противоположную сторону предмета. Таким образом, верхняя сторона предмета, обращенная к шарику, становится заряженной положительно, и шарик начнет притягивать предмет к себе. Но если подождать подольше, электроны начнут переходить с шарика на предмет. Таким образом, через некоторое время шарик и притягиваемые им предметы снова станут нейтральными и перестанут притягиваться друг к другу. Шарик упадет.
Вывод: В результате контакта между двумя различными предметами возможно разделение электрических разрядов.
Опыт №2. Танцующая фольга.
Цель: Показать, что разноименные статические заряды притягиваются друг к другу, а одноименные отталкиваются.
1. Тонкая алюминиевая фольга (обертка от шоколада).
2. Ножницы. 3. Пластмассовая расческа. 4. Бумажное полотенце.
Опыт: Нарежем алюминиевую фольгу (блестящую обертку от шоколада или конфет) очень узкими и длинными полосками. Высыпем полоски фольги на бумажное полотенце. Проведем несколько раз пластмассовой расческой по своим волосам, а затем поднесем ее вплотную к полоскам фольги. Полоски начнут «танцевать». Почему так происходит? Волосы. о которые мы потерли пластмассовую расческу, очень легко теряют свои электроны. Их часть перешла на расческу, и она приобрела отрицательный статический заряд. Когда мы приблизили расческу к полоскам фольги, электроны в ней начали отталкиваться от электронов расчески и перемещаться на противоположную сторону полоски. Таким образом, одна сторона полоски оказалась заряжена положительно, и расческа начала притягивать ее к себе. Другая сторона полоски приобрела отрицательный заряд. легкая полоска фольги, притягиваясь, поднимается в воздух, переворачивается и оказывается повернутой к расческе другой стороной, с отрицательным зарядом. В этот момент она отталкивается от расчески. Процесс притягивания и отталкивания полосок идет непрерывно, создается впечатление, что «фольга танцует».
Вывод: Разноименные статические заряды притягиваются друг к другу, а одноименные отталкиваются.
Опыт №3. Прыгающие рисовые хлопья.
Цель: Показать, что в результате контакта между двумя различными предметами возможно разделение статических электрических разрядов.
1. Чайная ложка хрустящих рисовых хлопьев.
2. Бумажное полотенце.
3. Воздушный шарик.
4. Шерстяной свитер.
Опыт: Постелим на столе бумажное полотенце и насыплем на него рисовые хлопья. Надуем небольшой воздушный шарик. Потрем шарик о шерстяной свитер, затем поднесем его к хлопьям, не касаясь их. Хлопья начинают подпрыгивать и приклеиваться к шарику. Почему? В результате контакта между шариком и шерстяным свитером произошло разделение статических электрических зарядов. Часть электронов с шерсти перешло на шарик, и он приобрел отрицательный электрический заряд. Когда мы поднесли шарик к хлопьям, электроны в них начали отталкиваться от электронов шарика и перемещаться на противоположную сторону. Таким образом, верхняя сторона хлопьев, обращенная к шарику, оказалась заряжена положительно, и шарик начал притягивать легкие хлопья к себе.
Вывод: В результате контакта между двумя различными предметами возможно разделение статических электрических разрядов.
Опыт №4. Способ разделения перемешанных соли и перца.
Цель: Показать, что в результате контакта не во всех предметах возможно разделение статических электрических разрядов.
1. Чайная ложка молотого перца.
2. Чайная ложка соли.
3. Бумажное полотенце.
4. Воздушный шарик.
5. Шерстяной свитер.
Опыт: Расстелим на столе бумажное полотенце. Высыплем на него перец и соль и тщательно их перемешаем. Можно ли теперь разделить соль и перец? Очевидно, что сделать это весьма затруднительно! Надуем небольшой воздушный шарик. Потрем шарик о шерстяной свитер, затем поднесем его к смеси соли и перца. Произойдет чудо! Перец прилипнет к шарику, а соль останется на столе. Это еще один пример действия статического электричества. Когда мы потерли шарик шерстяной тканью, он приобрел отрицательный заряд. Потом мы поднесли шарик к смеси перца с солью, перец начал притягиваться к нему. Это произошло потому, что электроны в перечных пылинках стремились переместиться как можно дальше от шарика. Следовательно, часть перчинок, ближайшая к шарику, приобрела положительный заряд и притянулась отрицательным зарядом шарика. Перец прилип к шарику. Соль не притягивается к шарику, так как в этом веществе электроны перемещаются плохо. Когда мы подносим к соли заряженный шарик, ее электроны все равно остаются на своих местах. Соль со стороны шарика не приобретает заряда, она остается незаряженной или нейтральной. Поэтому соль не прилипает к отрицательно заряженному шарику.
Вывод: В результате контакта не во всех предметах возможно разделение статических электрических разрядов.
Опыт №5. Гибкая вода.
Цель: Показать, что в воде электроны свободно перемещаются.
1. Раковина и водопроводный кран.
2. Воздушный шарик.
3. Шерстяной свитер.
Опыт: Откроем водопроводный кран таким образом, чтобы струя воды была очень тонкой. Надуем небольшой воздушный шарик. Потрем шарик о шерстяной свитер, затем поднесем его к струйке воды. Струя воды отклонится в сторону шарика. Электроны с шерстяного свитера при трении переходят на шарик и придают ему отрицательный заряд. Этот заряд отталкивает от себя электроны, находящиеся в воде, и они перемещаются в ту часть струи, которая дальше всего от шарика. Ближе к шарику в струе воды возникает положительный заряд, и отрицательно заряженный шарик тянет ее к себе. Чтобы перемещение струи было видимым, она должна быть тонкой. Статическое электричество, скапливающееся на шарике, относительно мало, и ему не под силу переместить большое количество воды. Если струйка воды коснется шарика, он потеряет свой заряд. Лишние электроны перейдут в воду; как шарик, так и вода станут электрически нейтральными, поэтому струйка снова потечет ровно.
Вывод: В воде электроны могут свободно перемещаться.
Опыты с электричеством Опыты. Как рассказать детям про электричество без скуки? Конечно посредством опытов! Особенно про неопасное электричество, статическое.
Долгосрочный проект экспериментальной деятельности в средней группе детского сада «Занимательные опыты и эксперименты» Долгосрочный проект экспериментальной деятельности в средней группе детского сада «Занимательные опыты и эксперименты для детей» Тип проекта:.
Консультация для родителей «Занимательные опыты и эксперименты с детьми» МАДОУ № 218 «Детский сад общеразвивающего вида с приоритетным осуществлением деятельности по художественно-эстетическому направлению развития.
Мастер-класс «Занимательные опыты и эксперименты в непосредственно образовательной деятельности» Мастер – класс «Занимательные опыты и эксперименты в непосредственно образовательной деятельности»Цель мастер-класса: обучить участников.
Папка по самообразованию «Хочу все знать». Занимательные опыты и эксперименты для детей Люди, научившиеся… наблюдениям и опытам, приобретают способность сами ставить вопросы и получать на них фактические ответы, оказываясь.
«Занимательные опыты». Проект по познавательно-исследовательской деятельности Проект по познавательно- исследовательской деятельности. Тема: «занимательные опыты» Возраст детей: 3-4 года Срок реализации: 4 месяца Участники.
Проект «Занимательные опыты и эксперименты с неживой природой» Проект «Занимательные опыты и эксперименты с неживой природой» Тип проекта: исследовательски-творческий. Актуальность проекта: Мир вокруг.
Буклет для родителей на тему «Занимательные опыты с детьми в домашних условиях» Буклет «Занимательные опыты с детьми в домашних условиях» Как обуздать кипучую энергию и неуемную любознательность малыша? Как максимально.
Консультация «Занимательные опыты на кухне» Живые дрожжи Известная русская пословица гласит: «Изба красна не углами, а пирогами». Пироги мы, правда, печь не будем. Хотя, почему и нет?.
Знакомство дошкольников со статическим электричеством посредством опытно-экспериментальной деятельности Список опытов: 1. Шарики на стене 2. Шарики поссорились 3. Шарики подружились 4. Бумажное конфетти 5. Гибкая вода 6. Электричество в голове.
Тест с ответами: “Электрический ток”
9. Что в гальваническом элементе служит положительным электродом, а что — отрицательным:
а) положительным — слой смолы, отрицательным — цинковый сосуд
б) положительным — угольный стержень, отрицательным — цинковый сосуд +
в) положительным — угольный стержень, отрицательным — клейстер
10. Аккумулятор дает электрический ток только после того, как:
а) его зарядили от другого источника тока +
б) его согрели в теплом помещении
в) наэлектризовали его электроды
11. За направление электрического тока условно принимают то направление, по которому движутся в проводнике:
а) электроны и отрицательные ионы
б) отрицательные ионы
в) положительные ионы +
12. При протекании электрического тока через растворы солей в растворах выделяются вещества. В этом проявляется:
а) тепловое действие тока
б) химическое действие тока +
в) магнитное действие тока
13. При силе тока 4 А с электрическим сопротивлением 2 Ом, чему равно напряжение на участке цепи:
а) 8 В +
б) 2 В
в) 16 В
14. Если напряжение увеличить в 4 раза, а сопротивление остается неизменным, как изменится сила тока на участке цепи:
а) уменьшится в 4 раза
б) не изменится
в) увеличится в 4 раза +
15. Резисторы с сопротивлением 2 Ом и 3 Ом соединены последовательно. Необходимо выбрать верное утверждение:
а) сила тока в первом резисторе меньше, чем во втором
б) общее сопротивление резисторов больше 3 Ом +
в) общее сопротивление резисторов равно 1,2 Ом
16. Проволоку разрезали пополам и сложили вдвое. Её сопротивление изменится?
а) не изменится
б) увеличится в 4 раза
в) уменьшится в 4 раза +
17. Что необходимо для того чтобы в проводнике возник электрический ток:
а) только создать в нем электрическое поле +
б) только наличие в нем свободных электрических зарядов
в) только иметь потребителя электрической энергии
18. Устройство плавкого предохранителя основано на действии электрического тока:
а) на химическом
б) на тепловом +
в) на магнитном
19. В электрическую цепь включены параллельно друг другу сопротивления 2 Ом и 3 Ом. По меньшему из них течет ток 6 А. По большему – течет ток:
а) 4 А +
б) 2 А
в) 3 А
20. Сила тока измеряется в:
а) Джоулях
б) Омах
в) Амперах +
21. Каким бывает электрический ток:
а) заряженным и незаряженным
б) кратковременным и долговременным +
в) быстрым и медленным
22. В обычных условиях газ:
а) не проводит электрический ток +
б) проводит электрический ток
в) может проводить или не проводить ток в зависимости от вида газа
23. Ток начинает существовать когда:
а) когда молекулы начинают двигаться хаотично
б) появляются свободные заряды +
в) когда молекулы газа начинают сталкиваться друг с другом
24. Какие разряды электрического тока существуют:
а) самостоятельные +
б) ограниченные
в) неограниченные
25. Какой разряд можно назвать самым слабым:
а) тлеющий
б) тихий +
в) искровой
26. Что называется рекомбинацией:
а) аналогичный процесс ионизации
б) происходит одновременно с ионизацией
в) обратный процесс ионизации +
27. В результате чего возникает электрический ток в газах:
а) ионизации +
б) понижения температуры
в) расщепления молекул
28. Какой из разрядов электрического тока применяется в бактерицидных лампах:
а) дуговой
б) искровой
в) тлеющий +
29. Как называются разряды, которые существуют, пока на них действует тело из вне:
а) тлеющие разряды
б) несамостоятельные разряды +
в) самостоятельные разряды
30. Что называется электрическим полем:
а) особый вид материи, проявляющий себя в действии на электрические заряды +
б) вид материи, имеющий электрические заряды
в) особый вид материи, проявляющий себя в действии на движущиеся электрические заряды
ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА
Основные понятия.Поступательные движения свободных электронов в проводнике, создающее электрический ток, вызывает столкновение электронов с атомами или молекулами внутри проводника. При таких столкновениях электроны сообщают атомам или молекулам дополнительную энергию и усиливают их беспорядочное тепловое движение (колебания). Последнее проявляется в виде выделения тепла проводником.
Нагревание проводника током является естественным следствием того, что проводник представляет собой некоторое сопротивление току. Роль электрического сопротивления подобна роли трения в механической системе.
(Уравнение нагревания проводника током; Расчет проводов на нагревание, изучается самостоятельно, литература: А.С. Касаткин «Основы электротехники»).
КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ И ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА
Провода электрических линий и электротехнические устройства должны быть защищены от перегрева при коротких замыканиях и длительных перегрузках.
Коротким замыканием принято называть всякое ненормальное соединение через малое сопротивление между проводами или другими токоведущими частями цепи. Причиной короткого замыкания может быть случайное соединение голых токоведущих частей между собой (например, соединение двух проводов воздушной линии) или повреждение изоляции вследствие старения, износа, пробоя и т.д. При коротком замыкании резко увеличивается сила тока, а так как выделение тепла в проводах пропорционально квадрату силы тока ( ), то тепловое воздействие тока короткого замыкания может вызвать разрушение изоляции и пожар; вместе с тем при коротких замыканиях часто возникают опасные электродинамические силы взаимодействия между проводами. Кроме того, короткое замыкание вызывает сильное увеличение потери напряжения в сети, следствием чего являются уменьшение силы света ламп, понижение скорости и даже остановка электродвигателей и т.д.
Короткое замыкание тем опаснее, чем оно ближе к источнику электроэнергии. При коротком замыкании на зажимах последнего силу тока ограничивает только внутреннее сопротивление rвн этого источника: Iк = Е: rвн. В электроэнергетических системах сила тока токов коротких замыканий достигает сотен тысяч ампер и отключение таких токов связано с немалыми трудностями. Но в осветительных сетях жилых зданий сила тока короткого замыкания – величина порядка 30 – 100 А. тем не менее быстрое отключение этих токов очень важно с точки зрения их пожарной опасности.
Простейшим способом отключения токов короткого замыкания является использование их теплового действия в приборе защиты. Таким прибором является плавкий предохранитель. В нем основным отключающим элементом служит плавкая вставка – сменяемая часть предохранителя, плавящаяся при увеличении силы тока в защищаемой цепи свыше определенного значения. По существу это короткий участок защищаемой цепи, относительно легко разрушаемый тепловым действием тока. Чтобы получить такую пониженную термическую устойчивость, нужно увеличить сопротивление вставки, для чего она изготавливается из материала с относительно высоким удельным сопротивлением (например, сплава олова и свинца) или из хорошо проводящего металла (например, серебра, меди), но с относительно малым сечением.
Плавление вставки не должно сопровождаться возникновением дуги в предохранителе вдоль размыкаемого участка, следовательно, плавкая вставка должна иметь длину, соответствующую выключаемому напряжению; по этой причине на предохранителях, кроме номинального тока, указывается также и напряжение.
Номинальной силой тока плавкого предохранителя считается та наибольшая сила тока, которую предохранитель может выдерживать неопределенно долгое время, не разрушаясь. Она указывается на вставке предохранителя. Но сила тока плавления вставки предохранителя зависит от ряда причин и в первую очередь от длительности нагрузки током и условий охлаждения предохранителя.
Ориентировочно для определения времени отключения можно пользоваться представленной на рисунке ХХ5 зависимостью времени плавления вставки от так называемой кратности тока, т.е. от отношения силы тока плавления вставки к номинальной силе тока вставки.
Следует различать защиту провода от коротких замыканий и защиту от длительных перегрузок. Номинальные токи плавких вставок предохранителей, служащих для защиты отдельных участков сети, во всех случаях следует выбирать по возможности наименьшими по расчетным токам соответствующих участков сети. Но при этом вставка не должна плавиться при кратковременных перегрузках – пусковых токах электродвигателей и т.п. В ряде случаев два этих требования несовместимы. В частности, если линия питает двигатели, то за основу для выбора предохранителя нужно брать среднее значение пусковой силы тока, которое ориентировочно в 5 – 7 раз больше номинального процесса обычно составляет около 5 – 10 сек; в течение этого времени согласно рисунка ХХ5 предохранитель должен выдержать силу тока, превышающую его номинальную приблизительно в 2,5 раза. Следовательно, номинальная сила тока плавкого предохранителя должна быть равна (или быть больше) 40% от средней пусковой силы тока двигателя, т.е.
Но когда выбранные таким образом номинальные значения силы тока плавких вставок значительно превышают допустимые длительные нагрузки защищаемых проводников, тогда предохранители защищают провода от коротких замыканий, но не от длительных перегрузок.
В ряде случаев, когда перегрев проводов не обусловливает пожарную опасность, например, в случае голых проводов, согласно ПУЭ, можно ограничиться только защитой от токов короткого замыкания, но при этом номинальная сила тока плавких вставок предохранителей должна быть не больше чем 300% от длительно допустимой
