Лампа накаливания, 8 класс

21. Лампа накаливания, электрические нагревательные приборы. Короткое замыкание. Предохранители       Мы   уже   ранее   познакомились   с   тепловым   действием   тока,   когда рассматривали закон Джоуля – Ленца.         При прохождении электрического тока светится нить накаливания лампы, нагревается подошва утюга и конфорка электрической плиты, спираль бытового фена нагревает воздух, а вода в электрочайнике быстро закипает, получая тепло от спирали кипятильника. Провода,   подводящие   электрический   ток   к   электронагревательным приборам, остаются холодными. А ведь в них течет такая же сила тока, что и в нагревательных приборах! Проведем опыт.   Соберем   электрическую   цепь   из   источника,   амперметра   (на   3­5А), реостата (5­10 Ом), и трех проволок одинаковой длины (10­15 см), одинакового сечения (диаметра) , но из разных материалов: медь, сталь и нихром. Реостат поставим на самое большое сопротивление и замкнем цепь. Отрегулируем силу тока   и   подождем   некоторое   время.   Нихромовая   проволока   раскалилась, стальная чуть покраснела, а медная остается практически неизменной. Так как проволоки   соединены   последовательно,   то   сила   тока   одинакова   во   всех проводниках. И время протекания одинаково. Единственная разница: разные сопротивления. Да, наибольшее сопротивление имеет нихромовая проволока, она и нагревается сильнее других. Именно поэтому спирали нагревательных приборов изготавливаются из нихромой проволоки.     Существует   большое   количество   нагревательных   приборов: электроплитки,   электроутюги,   паяльники,   кипятильники,   электроплиты, электрофены и др.   Основным   нагревательным   элементом   является   спираль   с   большИм сопротивлением.   Часто   спираль   помещают   в   керамические   изоляторы   с хорошей   теплопроводностью.   Если   с   помощью   спирали   будут   нагревать жидкость,   то   спираль   помещают   в   трубку   из   нержавеющей   стали   и герметически закрывают, выполнив изоляцию спирали от металлических частей приборов.   Все   эти   правила   безопасности   изложены   в   паспорте   и   описании прибора.     Самым   знакомым   нам   нагревательным   прибором   является   лампочка накаливания. Стеклянный баллон закреплен на металлической части (цоколе), имеющей резьбу. Этой резьбой лампочка вкручивается в электрический патрон, соединенный с проводами электрической цепи. Если лампочка перегорит, ее легко можно заменить, не нарушая электрической цепи. Внутри стеклянного баллона   на   металлической   стойке   из   двух   медных   проводов,   один   провод закреплен в центре цоколя, изолированного от резьбы, другой припаян к резьбе. На других концах стойки закреплена вольфрамовая нить, имеющая большое сопротивление и именно здесь, на нити, выделяется самое большое количество теплоты, способное нагреть вольфрамовую нить до такой температуры, что она излучает   свет.   В   настоящее   время   все   большее   распространение   получают лампы дневного света, которые не являются лампами накаливания, а работают по другим принципам, которые мы будем изучать позже.     Обычно в жилых и производственных помещениях, офисах, магазинах одновременно   работают   несколько   электрических   приборов.   Мы   уже   ранее говорили,   что   все   они   подключаются   параллельно,   что   дает   возможность обеспечивать независимость в их работе. а напряжение чаще всего составляет 220 Вольт.     Если в сеть включен один потребитель, то сила тока в общей цепи будет такая же, как и в самом приборе.  А можно ли в обычную розетку в квартире, используя тройник, включить лампу,   электроплитку   и   чайник­кипятильник,   если   сила   тока,   на   лампочке 0,45А, на электроплитке 2,3А, а в чайнике­кипятильнике 9А.   Подсчитаем: при параллельном соединении в общей части цепи будет идти ток, равный сумме токов в каждой цепи 0,45А + 2,3 А + 9 А = 11,75А   При   такой   силе   тока   и   в   подводящих   проводах   выделяется   такое количество   теплоты,   что   изоляция   может   расплавиться   или   загореться   и возникнет пожар! Чтобы   этого   не   случилось,   в   каждой   квартире   устанавливают максимальное значение тока в проводах: не более 10 А!        Для   этого   на   подводящем   проводе   устанавливают   плавкий предохранитель.   Предохранитель   вставляется   в   разрыв   цепи   (на   входе   в квартиру).   Это   тонкая   проволочка   из   вещества   с   низкой   температурой плавления   (чаще   ­   свинцовая).   Если   сила   тока   достигнет   10А   и   более,   то количество   теплоты,   которое   выделится   согласно   закону   Джоуля   –   Ленца, нагреет проволоку до температуры плавления и расплавит ее. В цепи возникнет разрыв   и   поступление   электрического   тока   в   квартиру   прекратится.   В настоящее время плавкие предохранители используются редко.  Их   заменяют   специальные   «автоматические   пробки»   многоразового действия.   Основная   часть   в   ней   –   биметаллическая   пластина,   которая удерживает   в   обычном   состоянии   соединение   цепи.   При   превышении   10   А пластины   нагреваются,   но   не   одинаково,   немного   изгибаются   и   цепь разрывается.   Через   некоторое   время   пластины   остынут   и   с   помощью специальной кнопки «пробку» возвращают в нормальное состояние. Значит, назначение предохранителей – отключение линии, если сила тока превысит допустимую норму.     Еще более современными «предохранителями» являются «пакетники», принцип   работы   которых   такой   же,   основан   на   неодинаковом   нагревании сторон биметаллической пластины.   Состояние,   при   котором   в   результате   неправильной   эксплуатации приборов,   в   цепи   происходит   замыкании   подводящих   проводов,   при   этом сопротивление резко уменьшается (практически до нуля!), а ток возрастает в сотни и более раз, называется КОРОТКИМ ЗАМЫКАНИЕМ. Короткое   замыкание   –   соединение   концов   участка   цепи   проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи.   Если   в   цепи   есть   нормальные   плавкие   предохранители   или «автоматические   пробки»,   или   «пакетники»,   то   они   сразу   сработают   и отключат электрический ток, тем самым предохранят помещение от пожара.   Мы рассмотрели на практике применение теплового  действия тока в некоторых электрических приборах. При этом постарались обратить внимание на меры безопасности при работе с этими приборами. И особенно постарались запомнить,   что   работать   с   приборами   надо   так,   чтобы   никогда   не   было короткого замыкания в электрической цепи!