credit: ExploratoriumΔημιουργήστε το δικό σας πείραμα βραχυκυκλώματος με μπαταρία και μήκος καλωδίου μεταφοράς.Στις οικιακές καλωδιώσεις, ο όρος βραχυκύκλωμα μπορεί να οριστεί ως οποιαδήποτε κατάσταση στην οποία το ρεύμα στην καθιερωμένη καλωδίωση ενός κυκλώματος μετατρέπεται σε μια απροσδόκητη οδό που δεν έχει αντίσταση. Είναι ουσιαστικά μια κατάσταση κατά την οποία το ηλεκτρικό ρεύμα «διαρρέει» έξω από την καθιερωμένη καλωδίωση και τις ροές όπου δεν προορίζεται. Ο όρος "βραχυκύκλωμα" είναι στην πραγματικότητα αρκετά ακριβής, επειδή αυτή η ακούσια, τυχαία διαδρομή είναι πράγματι ένα κύκλωμα που είναι "μικρότερο" από ένα τυποποιημένο κύκλωμα - η τρέχουσα ροή παρακάμπτει τα καλώδια του κυκλώματος για να δημιουργήσει μια συντομότερη διαδρομή στον τελικό του προορισμό.
Με αυτόν τον ορισμό, ένα σφάλμα γείωσης μπορεί τεχνικά να θεωρηθεί ως ένας τύπος βραχυκυκλώματος, ένα από το οποίο το ρεύμα σε ένα ζεστό σύρμα βρίσκει μια συντομότερη διαδρομή προς τη γη. Ωστόσο, στον κόσμο των οικιακών καλωδίων του ηλεκτρολόγου, ο όρος βραχυκύκλωμα συνήθως περιορίζεται στην περιγραφή της κατάστασης όταν ένα ζεστό σύρμα αγγίζει άμεσα ουδέτερος σύρμα.
- ΕΝΑ γείωση συμβαίνει σε οικιακά κυκλώματα όταν ένα θερμικό σύρμα έρχεται σε επαφή με το καλώδιο γείωσης ή ένα γειωμένο στοιχείο, όπως ένα μεταλλικό κιβώτιο, και ο ηλεκτρισμός ρέει αμέσως στη γη. Ένα τεράστιο ποσό ρεύματος ρέει κατά τη διάρκεια ενός σφάλματος γείωσης-αρκετά για να προκαλέσει ηλεκτροπληξία και πυρκαγιές. Ο κίνδυνος ηλεκτροπληξίας εμφανίζεται όταν ένα άτομο έρχεται σε επαφή με το έδαφος που διασχίζει το ρεύμα.
- ΕΝΑ βραχυκύκλωμα όταν το ζεστό σύρμα έρχεται σε επαφή με το ουδέτερος χωρίς να περάσει από ένα φορτίο αντίστασης. Μια τεράστια ποσότητα ρεύματος επίσης ρέει κατά τη διάρκεια ενός βραχυκυκλώματος και μπορεί να παράγει αρκετή θερμότητα για να ξεκινήσει μια πυρκαγιά, αλλά σπάνια προκαλεί ηλεκτροπληξία. Ο λόγος για τον οποίο δεν συμβαίνει είναι ότι το ρεύμα παραμένει εντός του ηλεκτρικού κυκλώματος και δεν διαρρέει, όπως συμβαίνει όταν συμβαίνει σφάλμα γείωσης. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι ένα κοντό δεν μπορεί να προκαλέσει τραυματισμούς.
Πείραμα βραχέων κυκλωμάτων
Μπορείτε να επιδείξετε ένα βραχυκύκλωμα για τον εαυτό σας με μια μπαταρία 6-volt, ένα μικρό μήκος 12 ηλεκτρικών καλωδίων και ένα ζευγάρι μόνωσης πένσες. Λυγίστε το καλώδιο σε σχήμα U που του επιτρέπει να αγγίζει τα δύο τερματικά της μπαταρίας ταυτόχρονα. Κρατήστε το καλώδιο με τις πένσες και αγγίξτε τους ακροδέκτες. Ανάλογα με την κατάσταση της μπαταρίας, πιθανότατα θα δείτε σπινθήρισμα και όταν αφαιρέσετε το καλώδιο, θα παρατηρήσετε ότι τόσο η μπαταρία όσο και η μπαταρία είναι ζεστές. (Σημείωση: Μην κάνετε αυτό το πείραμα με μεγαλύτερη μπαταρία, όπως μπαταρία αυτοκινήτου 12 βολτ, καθώς μπορεί να καταστραφεί.)
Δημιούργησε ένα βραχυκύκλωμα παρέχοντας ένα μονοπάτι χαμηλής αντίστασης για την απευθείας ροή ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ των ακροδεκτών της μπαταρίας. Το ρεύμα συνεχούς ρεύματος παράγει θερμική αντίσταση στο καλώδιο και εάν το ίδιο πράγμα συνέβαινε στο κυκλώμα εναλλασσόμενου ρεύματος των 120 volt, η θερμότητα πιθανώς θα ήταν αρκετή για να λιώσει τη μόνωση του καλωδίου. Αυτό είναι επικίνδυνο, αλλά όχι τόσο επικίνδυνο όσο το ηλεκτρικό τόξο που θα συνέβαινε ανάμεσα στα καλώδια.
Πιστοποίηση: Shedu / iStock / GettyImages Η απόδοση από ένα βραχυκύκλωμα έχει πολλά κοινά με την αστραπή από σύννεφο σε νέφος.Ο μεγαλύτερος κίνδυνος που συνδέεται με τα βραχυκύκλωμα είναι ηλεκτρικό τόξο, που συμβαίνει όταν οι αγωγοί δεν ακουμπούν στην πραγματικότητα, αλλά είναι αρκετά κοντά ώστε να επιτρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια να πηδάει πέρα από το διάκενο αέρα που τις χωρίζει. Οι προκύπτοντες σπινθήρες είναι βασικά αστραπές και, όπως και οι αστραπές, μπορούν να θερμαίνουν τον αέρα σε γελοία υψηλές θερμοκρασίες συγκρίσιμες με εκείνες στην επιφάνεια του ήλιου. Μπορούν να εξατμίσουν το μέταλλο, οπότε οποιοσδήποτε κοντά σε ένα φλας τόξου μπορεί να τραυματιστεί σοβαρά ή να σκοτωθεί.
Πώς συμβαίνει ένα σύντομο κύκλωμα
Το ζεστό καλώδιο σε οικιακά κυκλώματα μεταφέρει το ηλεκτρικό φορτίο από την πηγή τροφοδοσίας και το ουδέτερο σύρμα μεταφέρει τη φόρτιση πίσω στην πηγή. Ο ηλεκτρισμός στο ζεστό καλώδιο προσπαθεί συνεχώς να επιστρέφει στην πηγή ή στη γείωση ακολουθώντας τη διαδρομή που καθορίζεται από τα καλώδια ζεστού και ουδέτερου κυκλώματος και από οποιονδήποτε λαμπτήρες, φωτιστικά ή συσκευές συνδεδεμένα σε αυτό το κύκλωμα. Εφόσον το ρεύμα αυτό περιορίζεται σε καλώδια που προστατεύονται από τη μόνωση, δεν υπάρχουν προβλήματα. Ο ηλεκτρισμός εξομαλύνεται αποτελεσματικά με καλωδίωση που προσφέρει αντίσταση στην ανεξέλεγκτη ροή ηλεκτρισμού.
Κάθε ηλεκτρική συσκευή απαιτεί την ηλεκτρική ενέργεια για να κάνει δουλειά, και ότι η εργασία περιλαμβάνει ηλεκτρική αντίσταση, η οποία περιορίζει τη ροή ρεύματος. Αλλά εάν το ζεστό σύρμα αγγίζει το ουδέτερο σύρμα χωρίς να περάσει από ένα φορτίο, η αντίσταση ξαφνικά γίνεται πολύ χαμηλή και αυτό κάνει την ροή του ρεύματος πολύ υψηλή.
- Τεχνική σημείωση: Δεδομένου ότι η τάση (V) σε ένα οικιστικό κύκλωμα είναι σταθερή 120 volts, το ρεύμα (I) και η αντίσταση (R) έχουν αντίστροφη σχέση σύμφωνα με το νόμο του Ohm, V = IR.
Αυτή η ξαφνική ανεμπόδιστη ροή από το ζεστό σύρμα στο ουδέτερο μονοπάτι, που διακόπτεται από ανθεκτικό φορτίο, είναι αυτό που είναι γνωστό ως βραχυκύκλωμα. Μια κατάσταση βραχυκυκλώματος μπορεί να συμβεί για πολλούς λόγους:
- Η μόνωση που χωρίζει τα ζεστά και ουδέτερα καλώδια μπορεί να φορεθεί λεπτή από την ηλικία, επιτρέποντας στα καλώδια να έρθουν σε επαφή.
- Ένα καυτό συνδεδεμένο ζεστό ή ουδέτερο σύρμα μπορεί να χαλαρώσει από ένα φωτιστικό εξάρτημα ή μια πρίζα και να αγγίξει το άλλο.
- Σε ένα βρεγμένο βύσμα, το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να μετακινηθεί από το ένα σημείο στο άλλο μέσω του νερού.
- Ένα ηλεκτρικό καλώδιο μπορεί να υποστεί ζημιά που εκθέτει τα καλώδια και επιτρέπει στο ζεστό να αγγίξει το ουδέτερο.
- Η εσωτερική καλωδίωση μιας συσκευής ενδέχεται να είναι ελαττωματική, επιτρέποντας στο εσωτερικό ζεστό σύρμα και το ουδέτερο καλώδιο να αγγίξει. Αν συνδέετε μια λάμπα ή μια άλλη συσκευή και δοκιμάσετε σπινθήρες ή ένα σπασμένο διακόπτη κυκλώματος, μπορεί να υπάρχει σύντομη φθορά στη συσκευή.
Πιστοποίηση: Η παραλαβή από βραχυκύκλωμα μπορεί να λιώσει τα βύσματα και τις έξοδοι.Συνήθως υπάρχουν σπινθήρες όταν συμβαίνει ένα σύντομο χρονικό διάστημα, επειδή τα καλώδια δεν βρίσκονται σε μόνιμη επαφή. Οι σπινθήρες παράγουν αρκετή θερμότητα για να λιώσουν τις πλαστικές συσκευές, όπως οι έξοδοι, οι διακόπτες και τα βύσματα, και να ανάψουν εύφλεκτα υλικά στην περιοχή.
Συσκευές ασφαλείας που αποτρέπουν ζημιές από μικρά κυκλώματα
Κάθε σπίτι διαθέτει πίνακα διακοπτών κυκλώματος και οι διακόπτες είναι σχεδιασμένοι για να ανιχνεύουν ανώμαλη ροή ρεύματος και να σβήσουν την τροφοδοσία όταν το κάνουν. Αν ένα κύκλωμα έχει βραχυκύκλωμα, ο διακόπτης θα σβήσει και δεν θα μπορείτε να το επαναφέρετε μέχρι να βρείτε το κοντό και να το διορθώσετε. Μια έξοδος GFCI (διακοπή ρεύματος σφάλματος γείωσης) ή διακόπτης κυκλώματος έχει σχεδιαστεί κατά κύριο λόγο για να ανιχνεύσει τρέχουσες ανωμαλίες που σχετίζονται με σφάλματα γείωσης, αλλά, όπως και όλοι οι διακόπτες, θα κλείσει επίσης όταν συμβεί βραχυκύκλωμα.
Πιστοποίηση: Οι διακόπτες και οι έξοδοι Elite AnalysisAFCI ανιχνεύουν την αιτία θολώματος λόγω βραχυκυκλώματος και εξουδετερώνουν την ισχύ.Καμία από αυτές τις συσκευές δεν είναι τόσο ευαίσθητη σε βραχυκύκλωμα ως έξοδο AFCI (διακόπτης ρεύματος διακοπής ρεύματος σφάλματος τόξου) ή διακόπτης κυκλώματος. Η αντανάκλαση από βραχυκύκλωμα είναι συνήθως διακοπτόμενη και μπορεί να το χάσει ένας GFCI ή ένας συμβατικός διακόπτης κυκλώματος. Ένας AFCI, ωστόσο, είναι ευχαριστημένος να ανιχνεύσει τη συγκεκριμένη ανωμαλία σήματος που προκαλείται από το τόξο, και θα σταματήσει αμέσως μόλις το κάνει. Για το λόγο αυτό, ο ηλεκτρικός κώδικας απαιτεί ολοένα και περισσότερες εγκαταστάσεις AFCI σε στρατηγικές τοποθεσίες σε σπίτια και εμπορικά καταστήματα. Πολλοί κατασκευαστές προσφέρουν σήμερα εξόδους συνδυασμού GFCI / AFCI και διακόπτες κυκλώματος.
Το ηλεκτρικό τόξο δεν είναι πάντα κακό
Εάν μπορείτε να ελέγξετε τη θερμότητα που παράγεται κατά τη διάρκεια ενός τόξου flash, μπορείτε να το βάλετε σε μια ποικιλία χρήσεων. Αυτή είναι η αρχή πίσω από συγκόλληση τόξου και αντοχής.
Σε ένα βασικό κύκλωμα συγκόλλησης τόξου, το μέταλλο που πρόκειται να συγκολληθεί - το έργο - συνδέεται με ένα καλώδιο σε μια πηγή ισχύος στην οποία συνδέεται επίσης η ράβδος συγκόλλησης. Όταν ο συγκολλητής κινεί τη ράβδο αρκετά κοντά στο έργο, εμφανίζεται ένα βραχυκύκλωμα που προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα μεταξύ του ραβδίου και της εργασίας. Αυτό δημιουργεί θερμοκρασίες στην περιοχή των 6.500 βαθμών Φαρενάιτ, οι οποίες είναι αρκετά καυτές για να λιώσει το μέταλλο έτσι ώστε να μπορεί να συγχωνευθεί με ένα άλλο κομμάτι μέταλλο που είναι επίσης στο εύρος του τόξου.
Πιστοποίηση: EXTREME-PHOTOGRAPHER / iStock / GettyImages Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν τη θερμότητα από το ηλεκτρικό τόξο μέχρι το μέταλλο.Το ηλεκτρικό τόξο χρησιμοποιήθηκε στους πρώτους λαμπτήρες μέχρι να αντικατασταθεί από λαμπερά νημάτια. Χρησιμοποιείται ακόμα σε μερικούς σύγχρονους λαμπτήρες πυρακτώσεως όταν απαιτείται μια ιδιαίτερα έντονη φωτεινή πηγή ή μία που προσεγγίζει πολύ το φως από τον ήλιο. Το χρώμα του τόξου εξαρτάται από τα υλικά των ηλεκτροδίων, έτσι οι ερευνητές μπορούν να αναλύσουν το φάσμα ενός τόξου που δημιουργείται από ένα ζεύγος ηλεκτροδίων για την ταυτοποίηση των υλικών στα ηλεκτρόδια.
Αυτές και άλλες εφαρμογές δείχνουν ότι η πρόκληση ηλεκτρικών τόξων από βραχυκύκλωμα μπορεί να είναι επικίνδυνη, αλλά δεν είναι πάντα κακή.
