3) Нагревание проводов. Закон Джоуля-Ленца. Плавкие предохранители

Электрический ток нагревает проводник. Объясняется нагревание тем, что свободные электроны в металлах или ионы в растворах солей, щелочей, кислот, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию.

При прохождении электрического тока по проводнику происходит преобразование электрической энергии в тепловую. Количество выделяемой теплоты можно рассчитать по закону Джоуля-Ленца.

Закон Джоуля-Ленца - количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка. Q=l²Rt (Q- количество теплоты, выделяемое за время t проводником при протекании по нему эл. тока, Дж)

Плавкие предохранители - аппараты, предназначенные для отключения защищаемого участка цепи разрушением специальной токоведущей части при протекании тока, превышающего определенное значение. Плавкая вставка под действием чрезмерного напряжения разрушается моментально, обеспечивая эффективный разрыв в цепи и защиту проводки. При нормальном напряжении вставка нагревается, а тепло рассеивается извне сквозь детали корпуса. Сам элемент не деформируется. Основные элементы: плавкая вставка, дугогасящая среда, корпус. Для каждого предохранителя существует времятоковая характеристика (t=f(l)). Достоинства: простота конструкции, безотказность, относительная дешевизна, огромный выбор. Из-за медленной скорости срабатывания, плавкие предохранители можно использовать для селективности. При незначительном превышении допустимого тока, плавкие предохранители плохо выполняют защитную роль. В случае срабатывания требуется замена. Большим недостатком плавких предохранителей является конструкция, дающая возможность шунтирования.

Главным условием можно назвать следующее: плавкая вставка предохранителя должна иметь номинальный ток со значением, превышающим номинальный ток цепи, которую защищает предохранитель. При этом напряжение данного предохранителя должно совпадать с сетевым напряжением.

4) Режимы электрических цепей (номинальный, холостого хода, короткого замыкания)

Номинальный режим - это режим работы, при котором электроприемник работает с номинальными параметрами (током, напряжением и мощностью).

Режим XX - это режим работы, при котором цепь разомкнута или нагрузка равна нулю, а сопротивление бесконечно. (I=0, R=∞, U=E).

Режим КЗ - это режим работы, когда случайно или преднамеренно соединили 2 точки с различным потенциалом. (I=∞, R=0,1 – ∞). При коротком замыкании резко и многократно возрастает сила тока, протекающего в цепи, что, согласно закону Джоуля — Ленца, приводит к значительному тепловыделению, и, как следствие, возможно расплавление электрических проводов с последующим возникновением возгорания и распространением пожара.

5) Последовательное, параллельное и смешанное соединения резисторов

И последовательное, и параллельное соединение резисторов можно рассматривать как новый резистор. Его сопротивление можно вычислить, пользуясь следующими правилами:

При последовательном соединении резисторов их сопротивления складываются: 𝑅=𝑅1+𝑅2.

При параллельном соединении резисторов складываются их проводимости, то есть величины, обратные сопротивлениям: 1/𝑅=1/𝑅1+1/𝑅2, или 𝑅=(𝑅1*𝑅2)/(𝑅1+𝑅2).

При соединении более двух резисторов иногда удаётся представить полученную схему как последовательное или параллельное соединение двух подсхем. Например, схема на рисунке представляется как параллельное соединение резистора 𝑅1 и последовательного соединения резисторов 𝑅2 и 𝑅3. Таким образом, сопротивление схемы между двумя выделенными узлами вычисляется как 𝑅1(𝑅2+𝑅3)/(𝑅1+𝑅2+𝑅3).