Короткое замыкание. Предохранители
Цели урока: Объяснить принципы возникновения короткого замыкания; показать связь физики с повседневной жизнью; продолжить изучение правил обращения с электроприборами.
Оборудование: раздаточный материал (памятка бытовому пользователю электричеством, плавкие предохранители, предохранители для радиоаппаратуры), шнуры от электроприборов с повреждённой изоляцией, изолирующие штативы (3 шт.), Компьютеры с установленной программой «Начала электроники».
Учебник: А.В.Пёрышкин. Физика-8. – М.: Дрофа, 2002.
Ход урока
Учитель приводит примеры возникновения пожаров искрением электропроводов в результате короткого замыкания».
Ставится проблема: так что же такое короткое замыкание (КЗ) и почему мы посвящаем ему целый урок?
Демонстрация КЗ и возникновения пожара: сгорание
Проблема: почему при К3 возник пожар в «квартире»?
Далее в ходе эвристической беседы выясняется цепочка R [pic] I [pic] Q с обязательной опорой в рассуждениях на законы Ома и Джоуля–Ленца. Подчёркивается, что пожар возникает от тепла, которое выделяется при протекании по проводам сильного тока, согласно закону Джоуля–Ленца. Зачитывается отрывок из газетной заметки «Коварный огонь»: «Кто же виновник, который эксплуатировал неисправную электропроводку?» Демонстрируются шнуры с повреждённой изоляцией, указываются места, где чаще всего перетирается изоляция, – на изгибах и т.п.
Проблема: как не допустить появления коварного огня при КЗ?
В одних классах ученики сами подсказывают пути решения проблемы, и учитель опытом подтверждает, что пожара при КЗ можно избежать.
Работа с программой «Начала электроники»
Задача №1
Что произойдёт если перевести ключ «1» в положение «включён» — рисунок 3? Что произойдёт если затем перевести ключ «2» в положение «включён»? Ознакомьтесь с параметрами деталей и выдвинете рабочую гипотезу! (лампочки — рабочее напряжение U=220 В; рабочая мощность P=60 Вт; элемент питания — ЭДС=220 В, внутреннее сопротивление r=0,3 Ом; предохранитель — предельный ток Iпр=0,3 А) Проведите эксперимент на монтажном столе. Подробно прокомментируйте наблюдаемое.
[pic]
Задача №2
Рассчитайте, на какой предельный ток должен быть рассчитан предохранитель который следует включить в цепь, содержащую нагревательный элемент (рабочее напряжение U=220 В, рабочая мощность P=800 Вт), для того чтобы предотвратить его выход из строя. Сопроводите решение задачи испытаниями на монтажном столе.
Разбирается житейская ситуация, когда в доме не оказывается запасного предохранителя или вставки в предохранитель, и её заменяют толстой проволокой. В обиходе самодельные предохранители с толстой проволокой называют жучками.
Далее повторяются распространённые причины, ведущие к пожарам: использование шнуров с повреждённой изоляцией, ветхой электропроводки; использование самодельных нагревателей; включение нескольких мощных приборов в одну розетку (при изучении параллельного соединения подробно разбирался вопрос о возрастании силы тока из-за уменьшения общего сопротивления при увеличении числа потребителей).
Каждому ученику вручается памятка бытовому пользователю электричеством, которая вместе с шутливыми рисунками помогает выяснить причины возгорания. Правила обращения с электричеством легко запоминаются.
Памятка пользующимся электричеством в быту [pic] Электричество – наш давний и надёжный друг. Однако мы подчас забываем, что за пренебрежение правилами пользования электроэнергией нередко приходится расплачиваться жизнью.
Не прикасайтесь к обвисшим или оборванным проводам; провода с повреждённой изоляцией – источник поражения током.
Следите за тем, чтобы дети не играли с розетками, не ковыряли в них ножницами, шпильками, булавками.
Не пользуйтесь в ванных комнатах никакими электроприборами и переносными лампами: здесь повышенная влажность, полы токопроводящие, водопроводные и газовые трубы соединены с «землёй». Всё это представляет особую опасность при пользовании электроэнергией.
Не подключайте к одной штепсельной розетке одновременно несколько электроприборов. Перегрузка проводов грозит возникновением пожара.
Не вбивайте без разрешения жэка или домоуправления гвозди, костыли для подвески штор, картин, полок в квартирах, где электропроводка скрыта в стенах. Проделывая в стенах отверстия и борозды, вы можете повредить скрытую электропроводку и подвергнуться поражению током.
Следите за исправным состоянием электропроводки, выключателей, штепсельных розеток, а также шнуров, при помощи которых электроприборы, телевизоры и радиоприёмники включаются в электросеть.
Чтобы избежать повреждений проводов и возникновения коротких замыканий:
– не закрашивайте шнуры и провода;
– не закладывайте провода и шнуры за газовые и водопроводные трубы, за батареи отопительной системы;
– не допускайте соприкосновения электрических проводов с радио- и телеантеннами, ветками деревьев и кровлями строений;
– не заклеивайте электропроводку бумагой, обоями;
– не закрепляйте провода гвоздями.
Повторяем: неосторожно обращаясь с электричеством, вы подвергаете опасности своё жилище и имущество, рискуете собственной жизнью и жизнью окружающих.
Рисунки В.Шкарбана
Обобщая изученное, учитель акцентирует внимание на следующих правилах:
Визуально проверять целостность проводов, исправность розеток и выключателей.
Включать электронагреватели только в сеть, защищённую предохранителями.
Перегорание предохранителя – сигнал опасности. Необходимо ликвидировать причину нагревания проводов.
Не ставить самодельные предохранители-жучки.
Не доверять монтаж или ремонт проводки посторонним лицам.
По возможности заменить плавкий предохранитель на предохранитель-полуавтомат, действие которого основано на тепловом расширении тел при нагревании.
Демонстрируются полуавтоматические предохранители на разную силу тока (6,3 А, 16 А).
В классе сильного состава решают задачу на расчёт силы тока в аккумуляторе при КЗ, к которому может привести банальная оплошность – падение гаечного ключа на клеммы аккумулятора. Не все ученики пойдут в 10-й класс, а к технике многие тянутся с детства. Тем, которые имеют мотоцикл, приходится уже иметь дело с аккумуляторами. У них очень маленькое внутреннее сопротивление (0,01 Ом). Расчёт будет понятен без введения понятия электродвижущей силы, т.к. дети знают: чтобы в цепи был ток, она должна быть замкнутой.
[pic]
Для сравнения: 10 А – допустимый ток в квартирной проводке. Ток силой 1200 А приведёт к сгоранию обкладок, и аккумулятор может взорваться от выделенного тепла. Учитель обращает внимание учеников на бережное обращение с аккумуляторами, особенно кислотными (свинцовыми).
На дом кроме соответствующего параграфа даётся задание: проверить, какие именно предохранители используются в квартире и есть ли среди них жучки. (В разговоре с учениками на перемене перед следующим уроком выясняется, что жучки ставятся.)
