При коротком замыкании сопротивление: «Короткое замыкание или: что — то там замкнуло» — Объявления — Новости, объявления, события

При замыкании на сопротивление 5 Ом батарея элементов дает ток 1 А

Условие задачи:

При замыкании на сопротивление 5 Ом батарея элементов дает ток 1 А. Ток короткого замыкания батареи равен 6 А. Какую наибольшую полезную мощность может дать батарея?

Задача №7.4.49 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

\(R=5\) Ом, \(I=1\) А, \(I_{кз}=6\) А, \(P_{max}-?\)

Решение задачи:

Будем решать задачу с конца, поэтому определим, при каких условиях полезная мощность будет максимальной. Мощность во внешней цепи \(P\) можно найти по формуле:

\[P = UI\;\;\;\;(1)\]

Здесь \(U\) – напряжение на внешней цепи, которое можно найти согласно закону Ома по формуле:

\[U = {\rm E} – Ir\;\;\;\;(2)\]

Подставим выражение (2) в формулу (1):

\[P = \left( {{\rm E} – Ir} \right)I\]

Рассмотрим функцию \(P\left( I \right)\), то есть зависимость мощности от силы тока:

\[P\left( I \right) = \left( {{\rm E} – Ir} \right)I\]

Раскроем скобки, тогда:

\[P\left( I \right) = {\rm E}I – {I^2}r\;\;\;\;(3)\]

Понятно, что графиком этой функции является парабола, обращенная ветвями вниз, при этом функция достигает максимума при силе тока \(I_{max}\), равной:

\[{I_{max }} = \frac{{\rm E}}{{2r}}\;\;\;\;(4)\]

Если подставить \(I_{max}\) в (3), то получим искомое значение максимальной мощности во внешней цепи \(P_{max}\):

\[{P_{max}} = {\text{E}}{I_{max}} – I_{max}^2r\]

Учитывая (4), имеем:

\[{P_{max}} = \frac{{{{\text{E}}^2}}}{{2r}} – \frac{{{{\text{E}}^2}}}{{4r}}\]

\[{P_{max}} = \frac{{{{\text{E}}^2}}}{{4r}}\]

Домножим и числитель, и знаменатель этой формулы на \(r\), далее Вы поймете, для чего мы это делаем:

\[{P_{max}} = \frac{{{{\text{E}}^2}r}}{{4{r^2}}}\;\;\;\;(5)\]

Ток короткого замыкания \(I_{кз}\) легко определить по формуле:

\[{I_{кз}} = \frac{{\rm E}}{r}\;\;\;\;(6)\]

Откуда:

\[{\rm E} = {I_{кз}}r\;\;\;\;(7)\]

Учитывая (6), формулу (5) можно записать в таком виде:

\[{P_{max}} = \frac{{I_{кз}^2r}}{4}\;\;\;\;(8)\]

Также запишем закон Ома для полной цепи (когда внешнее сопротивление равно \(R\), а ток в цепи равен \(I\)):

\[I = \frac{{\rm E}}{{R + r}}\]

Подставим в эту формулу выражение (7):

\[I = \frac{{{I_{кз}}r}}{{R + r}}\]

Решим это уравнение:

\[IR + Ir = {I_{кз}}r\]

\[r\left( {{I_{кз}} – I} \right) = IR\]

\[r = \frac{{IR}}{{{I_{кз}} – I}}\]

Остается полученное выражение подставить в формулу (8):

\[{P_{max}} = \frac{{I_{кз}^2IR}}{{4\left( {{I_{кз}} – I} \right)}}\]

Задача решена в общем виде, подставим численные данные задачи в формулу и посчитаем ответ:

\[{P_{max}} = \frac{{{6^2} \cdot 1 \cdot 5}}{{4 \cdot \left( {6 – 1} \right)}} = 9\;Вт\]

Ответ: 9 Вт.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Смотрите также задачи:

7.4.48 Источник тока с ЭДС 5 В замыкается один раз на сопротивление 4 Ом, а другой раз – на 9 Ом
7.4.50 Определите КПД электропаяльника сопротивлением 25 Ом, если медная часть его массой
7.4.51 Найти ток короткого замыкания в цепи генератора с ЭДС 70 В, если при увеличении

Короткое замыкание. Предохранители 8 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Возникновение короткого замыкания

 

Электрические цепи всегда рассчитаны на определённую силу тока. Если по этой или иной причине сила тока в цепи становится больше допустимой, то провода могут значительно нагреться, а покрывающая их изоляция – воспламениться.

 

Причиной значительного увеличения силы тока в сети может быть или одновременное включение мощных потребителей тока (например, электрических плиток), или короткое замыкание.

Короткое замыкание

Коротким замыканием называют соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи.

Короткое замыкание может возникнуть, например, при ремонте проводки под током или при случайном соприкосновении оголённых проводов.

Сопротивление цепи при коротком замыкании незначительно, поэтому в цепи возникает большая сила тока, провода при этом могут сильно накалиться и стать причиной пожара. Чтобы избежать этого, в сеть включают предохранители.

 

Защита электрической цепи. Предохранители

 

 

Назначение предохранителей – сразу отключить линию, если сила тока вдруг окажется больше допустимой нормы. Они защищают электроприборы от выхода из строя при перегрузках в электрической сети. Внешний вид предохранителя показан на рис. 1.

 

Рис. 1. Внешний вид предохранителя

Все предохранители, какие бы они ни были, схематично обозначаются одним и тем же способом:

Рис. 2. Условное обозначение предохранителя на схеме

Это прямоугольник, через который пропускается проводник. Обратите внимание на то, что в данном случае этот проводник изолирован, то есть он тонкий, и он достаточно хорошо проводит электрический ток.

Предохранители устанавливают на входе электрических и радиоприборов и установок. Они обычно изготавливаются из медной проволоки, покрытой оловом. Если сила тока превысит допустимое значение, то проволока расплавится и цепь окажется разомкнутой.

Предохранители с плавящимся проводником называют плавкими предохранителями.

Предохранители, применяемые в квартирной проводке, располагают на специальном щитке, устанавливаемом у самого ввода проводов в квартиру. В каждый из проводов последовательно включают отдельный предохранитель.

На рис. 3 изображен предохранитель, действие которого основано не на плавлении, а на тепловом расширении тел при нагревании. При возникновении неисправности в цепи это устройство отключается автоматически.

Рис. 3. Тепловой автоматический предохранитель

 

Заключение

 

 

Необходимо отметить еще и то, что в любом случае человек, являясь проводником, должен очень осторожно и аккуратно обращаться с электрическими цепями. И хотя соблюдается полная защита предохранителями и разными схемами предохранения, тем не менее удар электрическим током может быть достаточно серьезным. Оголенная электрическая цепь очень опасна.

 

 

Список литературы

1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. – М.: Мнемозина.
2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А.А., Засов А. В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «Class-fizika.narod.ru» (Источник)
2. Интернет-портал «Forca.ru» (Источник)
3. Интернет-портал «Ivatv.narod.ru» (Источник)
4. Интернет-портал «Fiz.1september.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

1. Объясните причины возникновения короткого замыкания.
2. Расскажите о защите от короткого замыкания.  

 

Электрические явления — короткое замыкание, предохранители (физика 8 класс)

Открытые и короткие цепи — цепи постоянного тока

Цепи постоянного тока

Цепь называется разомкнутой , когда существует разрыв в полном
проводящая дорожка. Хотя размыкание происходит, когда переключатель используется для
обесточить цепь, обрыв также может произойти случайно. Чтобы восстановить
цепь должна работать должным образом, обрыв должен быть обнаружен, его причина определена,
и сделан ремонт.

Иногда обрыв можно обнаружить визуально при тщательном осмотре цепи.
составные части. Дефектные компоненты, такие как сгоревшие резисторы, обычно могут
обнаружить этим методом. Другие, такие как обрыв провода, покрытый
изоляция или расплавленный элемент встроенного предохранителя не видны
глаз. В таких условиях понимание влияния открытия на
условия цепи позволяет техническому специалисту использовать испытательное оборудование для
найти открытый компонент.

На рисунке ниже последовательная цепь состоит из двух резисторов и предохранителя.
Обратите внимание на влияние на состояние цепи размыкания предохранителя.

Нормальные условия и условия разомкнутой цепи.

Ток перестает течь; следовательно, больше нет падения напряжения на
резисторы. Каждый конец открытого проводящего пути становится продолжением
клеммы источника напряжения, а напряжение, ощущаемое на разомкнутой цепи, равно приложенному
напряжение ( В _А ).

Разомкнутая цепь имеет бесконечное сопротивление . Бесконечность представляет собой
величина настолько велика, что ее невозможно измерить. Символ бесконечности это
∞.

Короткое замыкание — это случайный путь низкого сопротивления, который проходит
аномально большой ток. Короткое замыкание возникает всякий раз, когда сопротивление
цепи или сопротивление части цепи падает почти до
ноль омов. Короткое замыкание часто происходит в результате неправильной проводки или обрыва
изоляция.

На рисунке ниже короткое замыкание вызвано неправильной проводкой. Обратите внимание на влияние на
текущий поток. Поскольку резистор фактически был заменен куском
провод, практически весь ток течет по короткому и очень маленькому
ток течет через резистор. Электроны текут по короткому (путь
почти нулевое сопротивление) и оставшуюся часть цепи, проходя через
Резистор 10 Ом и источник напряжения. Величина текущего потока значительно увеличивается
потому что его резистивный путь уменьшился с 10 010 Ом до 10 Ом. Из-за
при протекании чрезмерного тока 10-омный резистор нагревается. Когда он пытается
чтобы рассеять это тепло, резистор, вероятно, будет разрушен.

Нормальные условия и условия короткого замыкания.

Следующее обсуждение посвящено влиянию на цепь при разомкнутом
или происходит короткое замыкание.

Основное различие между обрывом в параллельной цепи и обрывом в
последовательной цепи заключается в том, что в параллельной цепи размыкание не обязательно
отключить цепь. Если открытое состояние возникает в последовательной части
цепи, тока не будет, потому что нет полного пути для тока
поток. Если, с другой стороны, размыкание происходит на параллельном пути, некоторый ток
по-прежнему будет течь в цепи. Параллельная ветвь, где происходит открытие
будет эффективно отключен, общее сопротивление цепи составит увеличение ,
а общий ток уменьшится на на .

Чтобы прояснить эти моменты, рисунок, показанный ниже, иллюстрирует последовательную параллельную
схема. Во-первых, эффект обрыва в последовательной части этой цепи будет
быть осмотрены. На рисунке ниже (вид А) показана нормальная схема,
R _t = 40 Ом и I _t = 3 ампера. На рисунке
ниже (вид B) показан обрыв в последовательной части схемы, есть
нет полного пути для тока, а сопротивление цепи считается равным
быть бесконечным.

Последовательно-параллельная цепь с размыканием.

На рисунке выше (вид C) показан обрыв в параллельной ветви
Р ₃ . Нет пути для тока через R ₃ .
В цепи ток протекает через R ₁ и
R _{2 Только} . Поскольку существует только один путь для текущего потока,
R ₁ и R ₂ фактически соединены последовательно.

В этих условиях R _t = 120 Ом и
I _t = 1 А. Как видите, когда обрыв происходит в параллели
ответвление, общее сопротивление цепи увеличивается, а общий ток цепи уменьшается.

Короткое замыкание в параллельной сети имеет эффект, аналогичный короткому замыканию в
последовательная схема. Как правило, короткое замыкание вызывает увеличение тока и
возможность повреждения компонентов независимо от типа задействованной цепи.
Чтобы проиллюстрировать это, на рисунке ниже показана последовательно-параллельная сеть в
какие шорты разработаны. На рисунке ниже (вид А) нормальная схема
показано. R _t = 40 Ом и I _t = 3 А.

Последовательно-параллельное соединение с короткими замыканиями.

На рисунке выше (вид B) R ₁ замкнуло.
R ₁ теперь имеет сопротивление, равное нулю. Всего
сопротивление цепи теперь равно сопротивлению параллельного
сети R ₂ и R ₃ или 20 Ом. Схема
ток увеличился до 6 ампер. Весь этот ток проходит через параллельный
сеть ( Р ₂ , Р ₃ ) и это увеличение
ток, скорее всего, повредит компоненты.

На рисунке выше (вид C) R ₃ закорочено. С
R ₃ короткое замыкание параллельно с
Р ₂ . Короткое замыкание направляет ток вокруг
R ₂ , эффективно удаляя R ₂ из цепи.
Общее сопротивление цепи теперь равно сопротивлению Р ₁ ,
или 20 Ом.

Как известно, R ₂ и R ₃ образуют параллель
сеть. Сопротивление сети можно рассчитать следующим образом:

Общий ток цепи с закороченными R ₃ составляет 6 ампер. Все
этот ток протекает через R ₁ и, скорее всего, повредит
Р ₁ . Обратите внимание, что хотя только одна часть параллели
сеть была закорочена, вся параллельная сеть была отключена.

Обрывы и короткие замыкания, если они происходят в цепи, приводят к общему изменению
в эквивалентном сопротивлении. Это может вызвать нежелательные эффекты в других частях
цепи из-за соответствующего изменения общего тока.
Короткое замыкание обычно приводит к выходу из строя компонентов в цепи, которая не подключена должным образом.
плавленые или иным образом защищенные. Отказ может принять форму выгорания
резистор, поврежденный источник или возгорание компонентов схемы и проводки.

В цепях оборудования устанавливаются плавкие предохранители и другие устройства защиты цепей.
для предотвращения повреждений, вызванных увеличением тока. Эти цепи защиты
устройства предназначены для открытия, если ток увеличивается до заданного значения.
Устройства защиты цепи включаются последовательно с цепью или
часть цепи, которую защищает устройство. Когда цепь
срабатывает защитное устройство, ток в цепи прекращается.

анализ цепи — Когда резистор действительно закорочен?

спросил
4 года 9 месяцев назад

Изменено
4 года, 9 месяцев назад

Просмотрено
18 тысяч раз

\$\начало группы\$

Мне немного трудно понять, когда действительно происходит короткое замыкание резистора. Возьмите следующие 2 примера:

Здесь ток протекает через резисторы 8 кОм и 3 кОм. Почему ток не обходит их полностью?

В этом примере резисторы 8 кОм, 3 кОм и 1 кОм полностью игнорируются, и весь ток проходит через резисторы 4 кОм и 6 кОм. Я понимаю, почему ток идет в обход резистора 2 кОм (короткое замыкание параллельно резистору), но как точно определить, когда резистор закорочен?

• анализ цепей
• резисторы
• сопротивление
• короткое замыкание

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Если два его вывода подключены к одному и тому же узлу, резистор закорочен.

В практических схемах можно также сказать, что резистор короткозамкнут, если параллельно с ним подключен резистор гораздо меньшего номинала. В этом случае на двух резисторах будет одинаковый потенциал, но резистор с меньшим значением будет нести гораздо больший ток, чем резистор с большим значением.

В [первом примере] ток протекает через резисторы номиналом 8 кОм и 3 кОм. Почему ток не обходит их полностью?

По закону Ома. Если на резисторе есть разность потенциалов, через него потечет ток.

В этом случае два вывода этих резисторов подключены к разным узлам, поэтому (весьма вероятно) на них существует разность потенциалов, и, следовательно, через них будет протекать ток.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Рассмотрим упрощенный случай:

^{смоделируйте эту цепь — схема создана с помощью CircuitLab}

Ток течет как через R1, так и через R2. Почему ток не проходит полностью через резистор R2?

Это просто иллюстрация, чтобы подчеркнуть и усилить то, что уже сказано в других ответах. I1 является источником тока, поэтому по определению через него должен протекать ток 10 мА. Чтобы этот ток протекал, он должен проходить через один или оба резистора, потому что другого пути нет.

По закону Ома, если через резистор течет ток, то на нем должно быть ненулевое падение напряжения.