用電安全保護的物理知識

1、用電安全保護的物理知識王明奎 浙江省寧?？h正學中學315600摘要涉及中學物理知識的有關用電安全保護措施有多種。只有弄清各種保護 措施的物理原理，并對具體問題作具體分析，我們才能采取正確的保護措施。在 物理教學中應注意如何才能使學牛靈活地應用物理知識。關鍵詞 安全保護措施物理知識具體分析人類己經進入電氣時代，生活、生產離不開電。在電能的利用中，操作 不當會引起事故，輕的損壞電器設備，嚴重的會危及人身安全。所以我們除了嚴 格遵守安全用電的操作規(guī)范外，還要采取各種保護措施。很多保護措施涉及物理 知識，與高中物理相關的大體有以下幾種：一、靜電安全保護靜電安全保護措施有很多，最主要的是利用靜電屏蔽。其

2、原理是將電器 安放在接地導體內部，使它處在電場強度為零的區(qū)域，避免外電場的作用。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兩條導 線，它們與大地相連，如圖1所示，形成一個稀疏的金屬“網”，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。用一個或幾個尖銳的金屬棒, 安裝在建筑物的頂端，用粗導線與埋在地下的金屬板連接，如圖2所示。當帶電 的雷雨云接近建筑物時，由于靜電感應，金屬棒出現與云層相反的電荷，通過尖 端放電，不斷中和空氣中的電荷，達到避免雷擊的目的。也可以視為避雷針連同 連接的接地導線也組成了一個稀疏的金屬“網”，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、電路中的保護電阻電路中為防止由于短路或電阻過小產牛大電流的情況，常在電路中串接 合適的定值電阻，該電阻稱為保護電阻。圖3為測電源的電動勢和內阻的實驗電 路，為避免滑動變阻器 的滑動臂 滑到最左端使電源正負極短路，定值電阻 就 起到了保護作用。保護電阻的大小要根據電源允許的最大輸出電流來計算確定。 保護電阻不僅用于實驗電路中，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， 再接通源待熱相當費時。如圖4所示，串接一個類同保護電阻，能起到這樣的 作用；不用吋，電焊鐵由于電流較

4、小溫度不會過高；使用吋將電阻短路，立即 加熱縮短待熱的時間。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 路就是有類同保護電阻在起作用。三、繼電器保護繼電器是常用的保護裝置，它用到了磁場、電磁感應等知識。例如漏電 保護器，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，其另一端接負載。副線圈為普通的單線繞制線圈，線圈跟電磁鐵相 聯接。正常情況下，原線圈兩個并聯的線圈通過大小相等、方向相反的交流電， 交流電產生的總磁通量為零，鐵心中沒有變化的磁通量，副線圈沒有感應電流， 電磁鐵 無磁性，火線上開關 呈閉合狀態(tài)。若負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，并聯的兩個線圈 通過的電流不等，產生變化的磁通量，副線圈中產生感應電流，電磁鐵有電流 通過產生磁性，將帶有鐵片的開關 動觸片吸住，開關斷開切斷電路，起到自動 的漏電保護作用。漏電保護器利用了互感和電流的磁效應的原理。四、熔斷器短路保護利用熔斷器作短路保護是最常用最簡單的方法。其原理是將電阻率較大、 熔點較低的金屬絲或金屬片串聯在電路中。一旦電路發(fā)生短路或功率過大情況， 產生過大的電流，熔斷器過熱溫度升高，使熔斷絲或熔斷片達到熔點熔斷，自動 切斷電路，避免短路事故。五、保護接地或保護接零很多電器采用金屬外殼，若電線絕緣損壞，會產生火線與電器外殼相碰 情況，使

6、電器外殼帶電，會有觸電的危險。為避免觸電事故，要采取保護措施。 用導線將金屬外殼接地稱為保護接地；用導線將金屬外殼接電源的零線稱保護接 零。兩種保護措施都適合于220v交流電源。如果交流電源零線不接地，一般應 采用保護接地；如果交流電源零線已接地，一般采用保護接零。這是安全用電的 重要的保護措施。上述為涉及高中物理知識的用電保護措施。為了確保安全，我們要根據 實際情況，通過具體分析確定保護措施。不可不加分析盲目照搬，否則起不到保 護作用，反而會發(fā)生事故，或產生事故的隱患。例如漏電保護器只適用于交流電路。直流電路由于電流不變，不會產生 變化的磁通量，不能產生感應電流，起不到漏電保護作用。只有清楚了物理原理， 才能明確其適用的場合。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。但并 非所有場合都適合用熔斷器保護。例如使用電流互感器測量電流，副線圈側不 允許接熔斷器。圖6是用電流互感器測電流的電路，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。副線圈高電壓會造成事故，損壞儀表，危及人身安全。所以副線圈一側不允許開路， 不允許裝熔斷器。因此一