用電安全保護(hù)的物理知識(shí)

1、用電安全保護(hù)的物理知識(shí)王明奎 浙江省寧?？h正學(xué)中學(xué)315600摘要涉及中學(xué)物理知識(shí)的有關(guān)用電安全保護(hù)措施有多種。只有弄清各種保護(hù) 措施的物理原理，并對(duì)具體問題作具體分析，我們才能采取正確的保護(hù)措施。在 物理教學(xué)中應(yīng)注意如何才能使學(xué)牛靈活地應(yīng)用物理知識(shí)。關(guān)鍵詞 安全保護(hù)措施物理知識(shí)具體分析人類己經(jīng)進(jìn)入電氣時(shí)代，生活、生產(chǎn)離不開電。在電能的利用中，操作 不當(dāng)會(huì)引起事故，輕的損壞電器設(shè)備，嚴(yán)重的會(huì)危及人身安全。所以我們除了嚴(yán) 格遵守安全用電的操作規(guī)范外，還要采取各種保護(hù)措施。很多保護(hù)措施涉及物理 知識(shí)，與高中物理相關(guān)的大體有以下幾種：一、靜電安全保護(hù)靜電安全保護(hù)措施有很多，最主要的是利用靜電屏蔽。其

2、原理是將電器 安放在接地導(dǎo)體內(nèi)部，使它處在電場(chǎng)強(qiáng)度為零的區(qū)域，避免外電場(chǎng)的作用。例如 野外高壓輸電線受到雷擊的可能性很大，所以在三條輸電線的上方還架設(shè)兩條導(dǎo) 線，它們與大地相連，如圖1所示，形成一個(gè)稀疏的金屬“網(wǎng)”，把高壓線屏蔽 起來，免遭雷擊。利用尖端放電也可以避免雷擊，避雷針就是一例。用一個(gè)或幾個(gè)尖銳的金屬棒, 安裝在建筑物的頂端，用粗導(dǎo)線與埋在地下的金屬板連接，如圖2所示。當(dāng)帶電 的雷雨云接近建筑物時(shí)，由于靜電感應(yīng)，金屬棒出現(xiàn)與云層相反的電荷，通過尖 端放電，不斷中和空氣中的電荷，達(dá)到避免雷擊的目的。也可以視為避雷針連同 連接的接地導(dǎo)線也組成了一個(gè)稀疏的金屬“網(wǎng)”，把建筑物“屏蔽”起來，

3、只是 又多了一根處于最高處的尖銳的金屬棒，其效果更好。二、電路中的保護(hù)電阻電路中為防止由于短路或電阻過小產(chǎn)牛大電流的情況，常在電路中串接 合適的定值電阻，該電阻稱為保護(hù)電阻。圖3為測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)電 路，為避免滑動(dòng)變阻器 的滑動(dòng)臂 滑到最左端使電源正負(fù)極短路，定值電阻 就 起到了保護(hù)作用。保護(hù)電阻的大小要根據(jù)電源允許的最大輸出電流來計(jì)算確定。 保護(hù)電阻不僅用于實(shí)驗(yàn)電路中，也可以用在其他電路中。例如使用電焊鐵，如果 讓它一直處于額定電壓下，電焊鐵 溫度過高易燒壞焊鐵頭部。讓它停電冷卻， 再接通源待熱相當(dāng)費(fèi)時(shí)。如圖4所示，串接一個(gè)類同保護(hù)電阻，能起到這樣的 作用；不用吋，電焊鐵由于電流較

4、小溫度不會(huì)過高；使用吋將電阻短路，立即 加熱縮短待熱的時(shí)間。電飯鍋等電器有加熱和保溫兩種狀態(tài)，處于保溫狀態(tài)的電 路就是有類同保護(hù)電阻在起作用。三、繼電器保護(hù)繼電器是常用的保護(hù)裝置，它用到了磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)等知識(shí)。例如漏電 保護(hù)器，其原理如圖5所示，220v交流電源接鐵心上原線圈一端。原線圈采用 雙線并繞，其另一端接負(fù)載。副線圈為普通的單線繞制線圈，線圈跟電磁鐵相 聯(lián)接。正常情況下，原線圈兩個(gè)并聯(lián)的線圈通過大小相等、方向相反的交流電， 交流電產(chǎn)生的總磁通量為零，鐵心中沒有變化的磁通量，副線圈沒有感應(yīng)電流， 電磁鐵 無磁性，火線上開關(guān) 呈閉合狀態(tài)。若負(fù)載電路中有漏電情況，例如交流 電從 處漏電流向大

5、地，使原線圈與零線相接的線圈電流減少，并聯(lián)的兩個(gè)線圈 通過的電流不等，產(chǎn)生變化的磁通量，副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電磁鐵有電流 通過產(chǎn)生磁性，將帶有鐵片的開關(guān) 動(dòng)觸片吸住，開關(guān)斷開切斷電路，起到自動(dòng) 的漏電保護(hù)作用。漏電保護(hù)器利用了互感和電流的磁效應(yīng)的原理。四、熔斷器短路保護(hù)利用熔斷器作短路保護(hù)是最常用最簡(jiǎn)單的方法。其原理是將電阻率較大、 熔點(diǎn)較低的金屬絲或金屬片串聯(lián)在電路中。一旦電路發(fā)生短路或功率過大情況， 產(chǎn)生過大的電流，熔斷器過熱溫度升高，使熔斷絲或熔斷片達(dá)到熔點(diǎn)熔斷，自動(dòng) 切斷電路，避免短路事故。五、保護(hù)接地或保護(hù)接零很多電器采用金屬外殼，若電線絕緣損壞，會(huì)產(chǎn)生火線與電器外殼相碰 情況，使

6、電器外殼帶電，會(huì)有觸電的危險(xiǎn)。為避免觸電事故，要采取保護(hù)措施。 用導(dǎo)線將金屬外殼接地稱為保護(hù)接地；用導(dǎo)線將金屬外殼接電源的零線稱保護(hù)接 零。兩種保護(hù)措施都適合于220v交流電源。如果交流電源零線不接地，一般應(yīng) 采用保護(hù)接地；如果交流電源零線已接地，一般采用保護(hù)接零。這是安全用電的 重要的保護(hù)措施。上述為涉及高中物理知識(shí)的用電保護(hù)措施。為了確保安全，我們要根據(jù) 實(shí)際情況，通過具體分析確定保護(hù)措施。不可不加分析盲目照搬，否則起不到保 護(hù)作用，反而會(huì)發(fā)生事故，或產(chǎn)生事故的隱患。例如漏電保護(hù)器只適用于交流電路。直流電路由于電流不變，不會(huì)產(chǎn)生 變化的磁通量，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，起不到漏電保護(hù)作用。只有清楚了物理原理， 才能明確其適用的場(chǎng)合。再如為防止電路短路引起較大的短路電流，一般采用熔斷器保護(hù)。但并 非所有場(chǎng)合都適合用熔斷器保護(hù)。例如使用電流互感器測(cè)量電流，副線圈側(cè)不 允許接熔斷器。圖6是用電流互感器測(cè)電流的電路，電流表接在副線圈兩端，副 線圈不得開路。要是副線圈開路，副線圈電流為零，原線圈電流幾乎為零，負(fù)載 兩端電壓幾乎為零，原線圈兩端電壓很高，接近電源電壓。由于電流互感器是升 壓變壓器，要是變壓比為110,副線圈兩端電壓為原線圈電壓的10倍。副線圈高電壓會(huì)造成事故，損壞儀表，危及人身安全。所以副線圈一側(cè)不允許開路， 不允許裝熔斷器。因此一