§ 47. Безпека людини під час роботи з електричними приладами і пристроями

► 1. Коротке замикання. Виконуючи роботи з електричним струмом, необхідно пам’ятати, що струм, проходячи крізь тіло людини, може бути небезпечним для здоров’я. Тому слід суворо дотримуватись правил техніки безпеки. Необхідно враховувати, що кожне електричне коло розраховане на певну силу струму. Тому кожне електричне коло слід захистити від надмірного зростання сили струму в ньому.

Причиною значного зростання сили струму в мережі може бути або одночасне вмикання потужних споживачів струму (електричних плиток, електро-нагрівачів), або коротке замикання.

Опір кола за короткого замикання дуже незначний, тому в колі, згідно з законом Ома, виникає дуже велика сила струму.

2. Запобіжники. Оскільки сила струму короткого замикання може бути значною, то проводи електричної мережі при цьому можуть сильно нагріватися і навіть спричинити пожежу. Щоб уникнути цього, в мережу вмикають спеціальні пристрої - запобіжники, призначення яких - відразу вимкнути лінію, тільки но сила струму перевищить допустиму.

На рисунку 162 показано запобіжник із плавкою вставкою, який до цього часу

застосовують у квартирній проводці. Головна його частина - дротина з легкотоп-кого металу (наприклад, із свинцю), що міститься всередині фарфорової вставки.

Якщо сила струму перевищить допустиме значення, то свинцева дротина розплавиться і коло розімкнеться. Тому такі запобіжники й називають плавкими.

Плавку вставку можна легко замінювати, якщо вона перегорить.

Нині широко застосовуються запобіжники, дія яких ґрунтується на тепловому розширенні тіл під час нагрівання. На рис. 163 зображено зовнішній вигляд такого запобіжника. У разі перевантаження електричне коло розмикається. Ввімкнення кола здійснюється натисненням кнопки. На рисунку 164 зображено сучасний блок запобіжників різного призначення.

Використання запобіжників захищає електричні кола від перевантаження.

► 3. Дія електричного струму на організм людини. Щоб захиститися від дії електричного струму, тим, хто працює з електрикою, слід суворо дотримувати певних заходів безпеки.

Дослідження показали що сила струму близько 0,01 А в разі проходження крізь тіло людини спричинює легке подразнення за струму 0,03 А м’язи можуть утратити здатність скорочуватися, а струм силою 0,1 А вважається небезпечним. Оскільки електричний опір тіла людини може змінюватися від 500 кОм до 1 кОм, то при випадковому до-

Тому за несприятливих умов не те що 220 В, а лише 50-60 В можуть нашкодити здоров’ю життя людини. Навіть напруга 12 В вже небезпечна для здоров’я!

Слід мати на увазі, що ступінь ураження електричним струмом залежить не лише від сили струму, а й від шляху, яким струм проходить крізь тіло людини.

Найбільша небезпека для людини виникає тоді, коли при ураженні струм проходить крізь нервові центри органів дихання і кровообігу. Тому будьте уважні, користуючись електричним струмом у побуті та в кабінеті фізики.

► 4. Правила техніки безпеки під час роботи з електричним струмом. Щоб бути гарантованим від неприємностей, кожний, хто має справу з електрикою, має виконувати такі основні правила: ніколи не працювати під напругою; користуватися тільки електроізольованим інструментом; бути особливо обережним під час роботи у вологих приміщеннях.

Особливо небезпечно доторкатися до увімкнених в електричне коло приладів мокрими руками. Неправильне поводження з електрикою може спричинити й пожежу. Тому не залишайте без нагляду електропраски, плитки, паяльника, теле- і радіоприладів, якщо вони

увімкнені в мережу.

Пам’ятайте, що ураження струмом найчастіше буває внаслідок:

дотику до неізольованих, оголених проводів, рубильників, лампових патронів, запобіжників та інших приладів, які перебувають під напругою;

дотику до робочих частин електро-станка, електродвигуна, які внаслідок пошкодження електричної ізоляції опинилися під небезпечною напругою;

перебування поблизу місця падіння на землю обірваного провода електромережі;

недодержання правил безпеки в побуті.

Подумайте і дайте відповідь

1.    Чому потрібно дотримуватись правил безпеки під час роботи з електричним струмом?

2.    Чим пояснити, що за короткого замикання сила струму в колі може бути дуже великою?

3.    Для чого потрібні запобіжники, які вмикають у мережу?

4.    Чому слід ретельно перевіряти стан електроізоляції проводів, особливо у вологих приміщеннях?

5.    Чому не можна залишати без нагляду електронагрівальні прилади?

Розширте науковий кругозір

Іноді під час грози коронний розряд з блискавковідводу стає настільки сильним, що біля вістря виникає чітко видиме свічення. Таке свічення іноді виникає й біля інших загострених предметів: на кінцях корабельних щогл, гострих верхівок дерев та ін. Це явище було відоме ще декілька віків тому отримало назву «вогні святого Ельма» і викликало містичний жах у мореплавців.

Красиве, але й небезпечне явище природи -блискавка - це не що інше, як іскровий розряд в атмосфері.

Повітря в каналі блискавки нагрівається до температури понад 10 000 ⁰C і перебуває у стані плазми. Раптова зміна тиску у плазмовому каналі, діаметр якого становить 10-20 CM, при зміні сили струму і припиненні розряду викликає звукове явище - грім.

Фізичні дослідження в Україні

Значний внесок в розвиток вчення про електричний струм зробили також і українські вчені, зокрема:

Олександр Смакула (1900-1903), який народився в с. Доброводи на Тернопільщині. У 1927 році написав роботу «Колір питомого опору плинного воздуха», в якій вивів формулу для розрахунку питомого опору рідкого повітря, провів перевірку закону Ома.

Іван Пулюй (1845-1918), який народився в місті Гримайлові (Тернопільська область) вдосконалив технологію виготовлення розжарюваньних спіралей для освітлювальних ламп.

Михайло Авенаріус (1835-1895), професор Київського університету, організатор і керівник Київської школи фізиків-експериментаторів. Сформулював залежність електрорушійної сили термоелементів від температури.

СИСТЕМАТИЗУЙТЕ знання З РОЗДІЛУ 6. «Застосування законів постійного електричного струму»

►    Робота електричного струму А на ділянці кола дорівнює добутку напруги на кінцях цієї ділянки кола U на електричний заряд д, що пройшов по ній: А = U · д, а потужність електричного струму P дорівнює добутку напруги U на силу струму в колі I: P= UL

►    Закон Джоуля - Ленца: кількість теплоти Q, яку виділяє провідник зі струмом, дорівнює добутку квадрата сили струму І, опору R й часу проходження струму провідником t : Q = I₂Rt.

►    Електролізом називають процес розкладання речовини електричним струмом, який супроводжується виділенням на електродах складових речовин, які входять до складу електроліту.

Маса речовини т, що виділяється на електроді під час електролізу, прямо пропорційна електричному заряду д, що пройшов через електроліт (перший закон Фарадея): т = kq, т = kit, (бо g = It), де k - електрохімічний еквівалент.

►    За несамостійного газового розряду вільні носії заряду - електрони і позитивно заряджені йони - утворюються під дією зовнішнього йонізатора. Газовий розряд називають самостійним, якщо він не потребує зовнішнього іонізатора для свого підтримування (вільні електрони та йони утворюються внаслідок процесів, що відбуваються в самому газі). Розрізняють: іскровий, тліючий, дуговий, коронний газові розряди

►    Іонізація - це процес утворення носив струму в газі, зокрема, в повітрі;

Рекомбінація - це процес зворотній до процесу іонізації, а саме, процес приєднання електронів до позитивних йонів і утворення нейтральних молекул;

Види самостійних газових розрядів:

•    тліючий розряд - це розряд, який виникає в газах за низьких тисків;

•    іскровий розряд виникає в повітрі між двома електродами

за звичайного тиску. Найяскравішим прикладом іскрового розряду є блискавка;_

•    коронний розряд - це проміжний розряд між тліючим та іскровим. Виникає на загострених електродах під високою напругою, навколо проводів високовольтних ліній електропередач;

•    дуговий розряд є неперервним потужним самостійним електричним розрядом між двома електродами.

ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ ДО РОЗДІЛУ 6 «Застосування законів постійного електричного струму»

Початковий рівень

1.    Робота електричного струму вимірюється у:

а) джоулях; б) кулонах; в) ватах; г) вольтах.

2.    Потужність електричного струму можна визначити за формулою:

a) U=IR; б) P=UI; в) A=UIt; г) I=U/R.

3.    Якими носіями електричних зарядів створюється струм в електролітах?

а)    негативними йонами;

б)    позитивними йонами;

в)    вільними електронами;

г)    позитивними і негативними йонами.

Середній рівень

4.    Газовий розряд, що продовжується після припинення дії зовнішнього іонізатора, називається:

а) самостійним; б) несамостійним; в) видимим; г) невидимим.

5.    Потужність електропаяльника 220Вт, опір 55 Ом. Під якою напругою працює паяльник?

а) 110 В; б) 220 В; в) 55 В; г) 410 В.

6.    Як називається процес протилежний до процесу іонізації?

а) рекомбінація; б) кавітація; з) газифікація; г) реабілітація.

Достатній рівень

7.    Опір електричного чайника 22 Ом. Напруга, за якої він працює 220 В. Визначте потужність струму, яку споживає чайник.

а) 2,2 Вт; б) 10 Вт; в) 2200 Вт; г) 4840 Вт.

8.    Вибрати вірні відповіді для кожного із питань за умови, що до резистора 20 Ом прикладена напруга 6 В.

1)    сила струму в резисторі;

2)    потужність струму в резисторі;

3)    за 10 с струм виконує роботу.

а)    1,8 Вт;

б)    18 Дж;

в)    0,3 А.

9.    Необхідно виготовити нагрівач потужністю 1200 Вт, опором 24 Ом. На яку напругу він розрахований?

а) 100 В; б) 85 В; в) 169 В; г) 220 В.

Високий рівень

10.    У скільки разів робота струму за один і той же час буде більшою, у випадку коли два опори по 5 Ом кожний з’єднали перший раз послідовно, чи коли в другий раз паралельно? Напруга в обох випадках 4,5 В.

11. При проходженні однакового заряду через два провідники, в одному з них виконувалася робота 240 Дж, а в другому 200 Дж? До якого провідника прикладена більша напруга і в скільки разів?

а)    до першого більша в 1,2 рази;

б)    до другого більша в 1,4 рази;

в)    однакова;

г)    до першого менша в 1,5 рази.

12. Яку роботу виконує електричний струм за 10 хв під час проходження через алюмінієвий дріт довжиною 2 м при силі струму 2А? Площа поперечного перерізу дроту 0,2 мм2.(Питомий опір тіла)

А. 627 Дж Б. 540 Дж В. 605 Дж Г. 762 Дж

ЗАДАЧІ ДО РОЗДІЛУ 6

1.    Визначити товщину осадженого шару нікелю, якщо електроліз триває 1 год при густині струму 0,4А/дм2. (Відповідь: 0,005 мм).

2.    При нікелюванні виробу протягом 1,5 год на ньому утворився шар нікелю завтовшки 0,03мм. Визначити середнє значення густини струму. (Відповідь: 164 А/м2).

3.    При якому струмі відбувається електроліз у розчині мідного купоросу, якщо за ЗО хв. на катоді виділилося 5 г міді? k = 0,01 10-6 кг/Кл.

(Відповідь: 278 А).

4.    Яку роботу виконує електричний струм за 10 хв під час проходження через алюмінієвий дріт довжиною 2 м при силі струму 2 А? Площа поперечного перерізу дроту 0,2 мм2. (Відповідь: 672 Дж).

5.    Транспортер піднімає за 1 хв вантаж масою 300 кг на висоту 6,5 м. ККД транспортера 65 %. Визначити силу струму через двигун транспортера, якщо напруга в мережі 380 В. (Відповідь: «1,3

А).

6.    Два провідники, опором по 5 Ом кожний, з’єднані спочатку послідовно, а потім паралельно і в обох випадках перебувають під напругою 4,5 В. У якому випадку робота струму за той самий час буде більшою і в скільки разів? (Відповідь: в другому випадку; в 4 рази).

7.    Пилосос потужністю 500 Вт працює при напрузі 220 В. Визначте:

а) силу струму, що споживається; б) опір; в) витрату електричної

енергії за ЗО хв. (Відповідь: 2,27 А; 96,8 Ом; 900 кДж).

8.    На затискачах дуги зварювальної електричної машини підтримується напруга 60 В. Опір дуги 0,4 Ом. Розрахуйте витрати електричної енергії для зварювання протягом 4 год. (Відповідь: w 130 МДж).

9.    Електроплитка розрахована на напругу 220 В і силу струму

З А. Визначте потужність струму в плитці. (Відповідь:    660 Вт).

10.    За який час при електролізі водного розчину СиС12 на катоді виділиться 4,74г міді при струмі 2А. Електрохімічний еквівалент міді. (Відповідь: » 7181 секунда, « 2 години).

¹

останньої формули після нескладних

²

математичних перетворень випливає

³

V=VJl+ PAt)

⁴

Таким чином, ми встановили, що залежність об'єму тіла від температури при нагріванні пропорційна до зміни

⁵

температури.

⁶

Одиницею вимірювання коефіцієнту

⁷

об’ємного розширення є градус у мінус

⁸

   Завантаження нафтового танкера здійснювалося при температурі 30°С, при цьому в один з відсіків було налито 1600 м³ нафти. На скільки зменшиться об’єм нафти у цьому відсіку, якщо температура зменшиться до -5°С. {Відповідь: на 54 м³).

⁹

   На якому фізичному явищі заснований метод інгаляції — введення лікарських засобів до організму людини?

А Інерції. Б Броунівського руху. В Дифузії. Г Випаровування.

¹⁰

   Поясніть, як зміниться число ударів молекул об броунівську частинку, якщо збільшити її масу. {Відповідь: число ударів молекул об броунівську частинку збільшиться, оскільки воно пропорційне до площі її поверхні).

¹¹

   Для підвищення міцності сталі її цементують, внаслідок чого одержують твердий загартований шару на поверхні сталевих

¹²

виробів. Поясніть, на якому фізичному явище ґрунтується процес цементації сталі та який механізм цього процесу. (Відповідь: при гартуванні сталевих виробів в суміші з вуглецю та різних солей атоми вуглецю дифундують в поверхневий шар сталі, що підвищую міцність виробу).

¹³

Чому атоми є основними об’єктами нанотехнологій? {Відповідь: тому що їх можна відокремлювати та розташовувати у новому порядку, що дозволяє одержувати нові речовини з унікальними властивостями).

¹⁴

Як виділяється енергія під час горіння палива? Спосіб отримання енергії внаслідок згоряння палива є одним з найстаріших та найбільш вживаним у сучасному житті.

Розглянемо процес горіння природного газу - метану. У процес горіння молекули метану CH₄ взаємодіють з мо-

¹⁵

   Яку масу природного газу слід спалити, щоб нагріти 20 кг води від 14 ⁰C до 50 °С, якщо вся теплота, що виділиться внаслідок згоряння газу, витратиться на нагрівання води?

¹⁶

   Якщо паливо згоряє в повітрі, то значна частина енергії, що виділяється, йде на нагрівання газів (переважно азоту), які не беруть участі в горінні. Коли буде досягнуто вищої температури полум’я - коли один і той самий газовий пальник горить у повітрі чи у кисні? Відповідь обґрунтуйте.

¹⁷

   При згорянні 20 г вугілля, яке містить 10% домішків, що не горять, виділяється 66 г вуглекислого газу. Скільки вуглекислого газу виділиться за добу у повітря котельною, якщо там згоряє 2 т вугілля з таким самим вмістом домішків, що не горять?

А 6, 23 кг. Б 623 кг. В 6, 23 т. Г 623 т.

¹⁸

ІСТОРІЇФІЗИКИ: ВЧЕНІ І ФАКТИ

Заради науки. Російські вчені Михайло Ломоносов і Георг Ріхман, вивчаючи атмосферну електрику, довели, що блискавка має електричну природу. Георг Ріхман (1711 - 1753) досліджував блискавку за допомогою спеціальної «громової машини» - високої металевої жердини, яка проходила через дах приміщення для дослідів. Під час сильної грози 6 серпня 1753 року, виконуючи свої досліди, Ріхман був убитий сильним грозовим розрядом. Але дослідження Ломоносова і Ріхмана мали величезне практичне значення - вони запропонували захист споруд за допомогою громовідводів.

Хто вкрав блискавку? Суттєвий внесок у розвиток учення про електрику зробив відомий американський політичний діяч, вчений і філософ Бенджамін Франклін (1706 - 1790). Він, зокрема, здійснив блискучий експеримент, пропустивши розряд блискавки по вологій мотузці від повітряного змія. Фактично

Це матеріал з підручника Фізика 8 клас Шут