Короткое замыкание

Как известно из курса физики 8 класса, нормально работающая электрическая цепь, как правило, состоит из ряда соединённых элементов, и электрический потенциал в каждой точке соединения имеет промежуточное, по сравнению с выводами цепи, значение. Однако существует режим работы, в котором это правило нарушается, — короткое замыкание. Остановимся на этой теме подробнее, дадим определение короткого замыкания, рассмотрим особенности этого процесса.

Нормальная работа электрической цепи

В любой правильно работающей электрической цепи имеется один или несколько источников ЭДС. Эти источники создают на своих клеммах разность потенциалов, к которой подключены выводы цепи. Электрический ток течёт через элементы цепи от точек с более высоким потенциалом к точкам с более низким потенциалом и на своём пути совершает полезную работу.

Величина силы тока в любой точке цепи определяется законом Ома. При этом предполагается, что общее сопротивление цепи значительно выше внутреннего сопротивления источников ЭДС.

Пример электрической цепи

Рис. 1. Пример электрической цепи.

Короткое замыкание

При работе реальной электрической цепи иногда происходит так, что указанные условия не выполняются. В этом случае говорят о режиме короткого замыкания.

Короткое замыкание означает, что в цепи возникает непосредственное соединение точек с разными (в нормальных условиях) потенциалами. Либо сопротивление цепи оказывается меньше внутреннего сопротивления источника питания.

Какие особенности имеет режим короткого замыкания?

Во-первых, замыкание двух точек цепи означает, что в таком режиме обе точки имеют один и тот же потенциал. Следовательно, по закону Ома на всём участке цепи между этими точками сила тока принимает нулевое значение.

Получается, что весь этот участок цепи «исчезает» и прекращает работу. Такая ситуация в абсолютном большинстве случаев является аварийной для цепи.

Во-вторых, если при коротком замыкании сопротивление цепи оказывается меньше внутреннего сопротивления источника (которое также очень невелико), это приводит к резкому возрастанию потребляемого тока до очень больших значений.

В самом деле, закон Ома для полной цепи гласит:

$$I={\mathscr{E}\over R+r}$$

В обычных условиях в этой формуле величина $r$ очень мала и составляет доли ома. Если сопротивление цепи $R$ становится ещё меньше, то ток через цепь $I$ многократно увеличится. Для идеального источника ЭДС $r \rightarrow 0$, и при коротком замыкании $R\rightarrow 0$, следовательно, $I \rightarrow ∞$, ток короткого замыкания стремится к бесконечности.

При этом вся максимальная мощность источника ЭДС начинает выделяться на малом сопротивлении проводника, создавшего короткое замыкание, и на внутреннем сопротивлении источника, а это может привести к пожару.

Искра короткого замыкания

Рис. 2. Искра короткого замыкания

Защита от короткого замыкания

Режим короткого замыкания практически всегда является аварийным режимом работы электрической цепи, чреватым пожарами. Поэтому при проектировании электрооборудования в нём обязательно применяются специальные элементы защиты.

Такие элементы могут иметь разную конструкцию, но по принципу работы они делятся на два типа: токоограничение и полное отключение.

Токоограничивающие элементы служат для того, чтобы ток короткого замыкания возрастал в пределах допустимых значений. Такие элементы чаще всего позволяют сохранить частичную работу цепи.

Отключающие элементы предназначены для полного отключения электричества от цепи с коротким замыканием. Это более безопасно по сравнению с токоограничением, однако цепь после отключения полностью прекращает работу.

Автоматические предохранители

Рис. 3. Автоматический предохранитель

Что мы узнали?

Короткое замыкание — это непосредственное соединение точек в электрической цепи, в которых при нормальной работе имеется различный потенциал. Также коротким замыканием является подключение к источнику ЭДС цепи, сопротивление которой ниже внутреннего сопротивления источника.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 10

    Какова функция источника ЭДС в электрической цепи?

Начать тест(новая вкладка)
Доска почёта
Чтобы попасть сюда - пройдите тест.
    Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

Средняя оценка: 5. Всего получено оценок: 2.

Предметы