تبیان، دستیار زندگی
با انجام این آزمایش، دانش آموزان می توانند با کارکرد فیوز آشنا شوند.جریانی که از سیم می گذرد، به خاطر وجود مقاومت سیم، آن را داغ می کند. عوامل مؤثر بر مقدار مقاومت، طول سیم و سطح مقطع و جنس سیم می باشد...
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

اتصال کوتاه

اهداف

آشنایی با مقاومت اهمی

عوامل مؤثر بر میزان مقاومت

آشنایی با کار فیوز

یافتن ارتباط جریان و مقاومت

وسایل لازم

باتری سالم 12 ولتی

سیم مسی: سیم مسی با متصل شده به دو انتهای آن که از فرشگاه های لوازم الکتریکی قابل تهیه است.

یک رشته سیم آهنی مرغوب، در حدود 5 تا 6 اینچ ( 13 تا 15 سانتی متر). ( شما می توانید با راست کردن نیم تابیده شده ی مخصوص آویزان کردن عکس یا مانند آن سیم مورد نظر را تهیه کنید. )

طرح درس

زمانی که فیوز می پرد چه رخ می دهد؟

اتصال کوتاه

جریانی که از سیم می گذرد، به خاطر وجود مقاومت سیم، آن را داغ می کند.

عوامل مؤثر بر مقدار مقاومت، طول سیم و سطح مقطع و جنس سیم می باشد. می توان گفت که مقاومت در واقع تعیین کننده ی میزان جریان درون سیم و دمای سیم می باشد.

برای انجام این آزمایش، همراه دانش آموزان مراحل زیر را انجام دهید.

آماده سازی:اتصال کوتاه

یک انتهای سیم مسی را به کمک گیره به یک پایانه ی باتری ( پیل ) متصل کنید و یک انتهای سیم آهنی را پایانه ی دیگر پیل وصل کنید.

انتهای باز سیم مسی را به انتهای باز سیم آهنی وصل کنید و مداری مطابق شکل رو به رو بسازید. تا آن جا که می توانید گیره را از پایانه های پیل دور کنید.

شرح آزمایش:

15 دقیقه یا بیشتر زمان لازم دارید تا بتوانید این آزمایش را انجام دهید.

با دقت ببینید پس از اتصال گیره چه رخ می دهد؟

در ادامه ی آزمایش، طول میله ی آهنی موجود در مدار را کوتاه و کوتاه تر کنید. گیره ی متصل کننده ی مس و آهن را به پیل نزدیک تر کنید و ببینید چه رخ می دهد. همین طور گیره را نزدیک تر کنید تا پایان غم انگیز را مشاهده کنید. ( احتیاط: سیم خیلی داغ می شود. )

برای توجیه این پدیده، می توانید از توضیحات زیر استفاده کنید.

علت رویداد پدیده:

سیم نازک آهنی یک رسانای خوب جریان برق است، اما مس به خاطر مقاومت بسیار کمش، رسانای بهتری نسبت به آهن می باشد.

بنابراین بیشتر مقاومت مدار مربوط به سیم آهنی است. بنابراین بیشترین مقاومت مدار ایجاد شده، به خاطر وجود سیم آهنی است.

ولتاژ باتری، الکترون ها را برای غلبه بر مقاومت سیم آهنی به جلو هدایت می کند، عبور جریان از سیم باعث گرم شدن سیم می شود. وقتی که طول سیم آهنی موجود در مدار کاهش می یابد، مقاومت مدار کاهش یافته، در نتیجه جریان عبوری افزایش می یابد. بنابراین سیم داغ تر می شود. در نهایت، زمانی که سیم آهنی را به اندازه ی کافی کوتاه کردید، جریان بسیار زیادی ایجاد می شود که سیم را ذوب می کند، حتی سیم مسی نیز داغ می شود.

وسایل زیادی وجود دارند که با جریان الکتریسیته کار می کنند؛ مانند یخچال و تلویزیون و...

مقاومت الکتریکی هر یک از این وسایل به اندازه ای است که مانع رسیدن جریان به مقادیر بالا می باشد.

اتصال کوتاه زمانی رخ می دهد که جریان، مسیری را پیدا کند که تقریباً بدون مقاومت باشد. ( یا دارای مقاومت بسیار کم باشد. )  برای مثال؛ زمانی که با روکش سیم فرسوده می شود، سیم لخت می شود. در این شرایط جریان بسیار بزرگی تولید می شود، گرمای بسیار زیاد و خطر آتش سوزی ایجاد می شود.

بیشتر وسایلی که در خانه وجود دارد، فیوز و ترانس دارند که از آتش سوزی جلو گیری می کنند. فیوزها از تعدادی رشته سیم های بسیار نازک تشکیل شده اند؛ مثل سیم آهنی در آزمایش بالا

جریان ورودی اول از فیوز می گذرد، هر گاه اتصال کوتاه در مدار ایجاد شود، با افزایش شدت جریان، سیم های فیوز خیلی زود گرم می شوند و با قطع شدن سیم های فیوز، مدار را قطع می کنند و  دیگر جریانی بیش از حد مجاز، که باعث آتش سوزی شود، از وسایل عبور نمی کند.

فیوزها دارای رشته سیمهای بسیار نازک است (همانند سیم آهنی در آزمایش بالا ) جریان وارد شونده ابتدا از فیوز می گذرد اگر یک اتصال کوتاه در مدار بوجود آید و یا حتی اگر تعداد وسایل زیادی توسط یک سیم در مدار قرار گیرند در اثر زیاد شدن شدت جریانی که وارد مدار می شود سیمهای فیوز سریعا داغ شده و با قطع شدن خود (در واقع سیمهای فیوز در اثر گرمای تولیدی می گدازد) مدار را قطع و مانع ورود جریان بیش از حد مجاز می شود. و به این طریق مانع ایجاد خطراتی مانند آتش سوزی می گردد.

تذکر: می توانید به جای سیم مسی، از سیم های دیگری که طول و سطح مقطع های متفاوتی دارند استفاده کنید. برای مثال؛ از تکه های آلومینیوم با سطح مقطع، 6 میلی متر مربع و طول 15 سانتی متر استفاده کنید. به رنگ هایی که به دلیل تشکیل لایه های اکسید آلومینیوم در هنگام گرم شدن نوار تشکیل می شود، توجه کنید.

مترجم: مینا نقش نژاد