Номер 4, страница 87 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

4. Что такое короткое замыкание цепи?

Решение

Короткое замыкание (КЗ) — это электрическое соединение двух точек цепи с разными потенциалами (например, положительного и отрицательного полюсов источника тока), не предусмотренное конструкцией устройства и характеризующееся очень малым сопротивлением. Фактически это работа источника тока на самого себя, минуя полезную нагрузку.

Чтобы понять физику процесса, обратимся к закону Ома для полной цепи. Сила тока $I$ в цепи определяется соотношением:

$I = \frac{\mathcal{E}}{R+r}$

где $\mathcal{E}$ — это электродвижущая сила (ЭДС) источника, $R$ — сопротивление внешней цепи (нагрузки), а $r$ — внутреннее сопротивление источника тока.

В нормальном режиме работы электрического прибора его сопротивление $R$ значительно больше внутреннего сопротивления источника $r$. При коротком замыкании ток течет по пути с ничтожно малым сопротивлением, то есть внешнее сопротивление цепи стремится к нулю: $R \to 0$. В этом случае сила тока в цепи, называемая током короткого замыкания $I_{кз}$, достигает своего максимально возможного значения:

$I_{кз} \approx \frac{\mathcal{E}}{r}$

Поскольку внутреннее сопротивление $r$ у большинства источников (аккумуляторов, генераторов, сетей электропитания) очень мало, ток короткого замыкания может в десятки и сотни раз превышать номинальный (рабочий) ток цепи.

Такой сверхток приводит к опасным последствиям. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество выделяемой в проводнике теплоты $Q$ пропорционально квадрату силы тока ($Q = I^2 \cdot R_{проводника} \cdot t$). При коротком замыкании происходит резкое и очень сильное выделение тепла. Это приводит к плавлению изоляции проводов, а затем и самих металлических жил, что является частой причиной возгораний и пожаров. Кроме того, огромный ток может вывести из строя или даже разрушить источник питания и другие элементы электрической цепи. Для защиты от коротких замыканий используют плавкие предохранители и автоматические выключатели, которые разрывают цепь при опасном возрастании тока.

Ответ: Короткое замыкание — это режим работы электрической цепи, возникающий при соединении точек с разными потенциалами через очень малое сопротивление, что приводит к резкому многократному увеличению силы тока в цепи. Это явление опасно из-за сильного нагрева проводников, способного вызвать пожар, и может привести к необратимому повреждению источника питания и других компонентов схемы.