اتصال کوتاه

اهداف

آشنايي با مقاومت اهمي

عوامل مؤثر بر ميزان مقاومت

آشنايي با کار فيوز

يافتن ارتباط جريان و مقاومت

وسايل لازم

باتري سالم 12 ولتي

سيم مسي: سيم مسي با متصل شده به دو انتهاي آن که از فرشگاه هاي لوازم الکتريکي قابل تهيه است.

يک رشته سيم آهني مرغوب، در حدود 5 تا 6 اينچ ( 13 تا 15 سانتي متر). ( شما مي توانيد با راست کردن نيم تابيده شده ي مخصوص آويزان کردن عکس يا مانند آن سيم مورد نظر را تهيه کنيد. )

طرح درس

زماني که فيوز مي پرد چه رخ مي دهد؟

جرياني که از سيم مي گذرد، به خاطر وجود مقاومت سيم، آن را داغ مي کند.

عوامل مؤثر بر مقدار مقاومت، طول سيم و سطح مقطع و جنس سيم مي باشد. مي توان گفت که مقاومت در واقع تعيين کننده ي ميزان جريان درون سيم و دماي سيم مي باشد.

براي انجام اين آزمايش، همراه دانش آموزان مراحل زير را انجام دهيد.

آماده سازي:

يک انتهاي سيم مسي را به کمک گيره به يک پايانه ي باتري ( پيل ) متصل کنيد و يک انتهاي سيم آهني را پايانه ي ديگر پيل وصل کنيد.

انتهاي باز سيم مسي را به انتهاي باز سيم آهني وصل کنيد و مداري مطابق شکل رو به رو بسازيد. تا آن جا که مي توانيد گيره را از پايانه هاي پيل دور کنيد.

شرح آزمايش:

15 دقيقه يا بيشتر زمان لازم داريد تا بتوانيد اين آزمايش را انجام دهيد.

با دقت ببينيد پس از اتصال گيره چه رخ مي دهد؟

در ادامه ي آزمايش، طول ميله ي آهني موجود در مدار را کوتاه و کوتاه تر کنيد. گيره ي متصل کننده ي مس و آهن را به پيل نزديک تر کنيد و ببينيد چه رخ مي دهد. همين طور گيره را نزديک تر کنيد تا پايان غم انگيز را مشاهده کنيد. ( احتياط: سيم خيلي داغ مي شود. )

براي توجيه اين پديده، مي توانيد از توضيحات زير استفاده کنيد.

علت رويداد پديده:

سيم نازک آهني يک رساناي خوب جريان برق است، اما مس به خاطر مقاومت بسيار کمش، رساناي بهتري نسبت به آهن مي باشد.

بنابراين بيشتر مقاومت مدار مربوط به سيم آهني است. بنابراين بيشترين مقاومت مدار ايجاد شده، به خاطر وجود سيم آهني است.

ولتاژ باتري، الکترون ها را براي غلبه بر مقاومت سيم آهني به جلو هدايت مي کند، عبور جريان از سيم باعث گرم شدن سيم مي شود. وقتي که طول سيم آهني موجود در مدار کاهش مي يابد، مقاومت مدار کاهش يافته، در نتيجه جريان عبوري افزايش مي يابد. بنابراين سيم داغ تر مي شود. در نهايت، زماني که سيم آهني را به اندازه ي کافي کوتاه کرديد، جريان بسيار زيادي ايجاد مي شود که سيم را ذوب مي کند، حتي سيم مسي نيز داغ مي شود.

وسايل زيادي وجود دارند که با جريان الکتريسيته کار مي کنند؛ مانند يخچال و تلويزيون و...

مقاومت الکتريکي هر يک از اين وسايل به اندازه اي است که مانع رسيدن جريان به مقادير بالا مي باشد.

اتصال کوتاه زماني رخ مي دهد که جريان، مسيري را پيدا کند که تقريباً بدون مقاومت باشد. ( يا داراي مقاومت بسيار کم باشد. ) براي مثال؛ زماني که با روکش سيم فرسوده مي شود، سيم لخت مي شود. در اين شرايط جريان بسيار بزرگي توليد مي شود، گرماي بسيار زياد و خطر آتش سوزي ايجاد مي شود.

بيشتر وسايلي که در خانه وجود دارد، فيوز و ترانس دارند که از آتش سوزي جلو گيري مي کنند. فيوزها از تعدادي رشته سيم هاي بسيار نازک تشکيل شده اند؛ مثل سيم آهني در آزمايش بالا

جريان ورودي اول از فيوز مي گذرد، هر گاه اتصال کوتاه در مدار ايجاد شود، با افزايش شدت جريان، سيم هاي فيوز خيلي زود گرم مي شوند و با قطع شدن سيم هاي فيوز، مدار را قطع مي کنند و ديگر جرياني بيش از حد مجاز، که باعث آتش سوزي شود، از وسايل عبور نمي کند.

فيوزها داراي رشته سيمهاي بسيار نازک است (همانند سيم آهني در آزمايش بالا ) جريان وارد شونده ابتدا از فيوز مي گذرد اگر يک اتصال کوتاه در مدار بوجود آيد و يا حتي اگر تعداد وسايل زيادي توسط يک سيم در مدار قرار گيرند در اثر زياد شدن شدت جرياني که وارد مدار مي شود سيمهاي فيوز سريعا داغ شده و با قطع شدن خود (در واقع سيمهاي فيوز در اثر گرماي توليدي مي گدازد) مدار را قطع و مانع ورود جريان بيش از حد مجاز مي شود. و به اين طريق مانع ايجاد خطراتي مانند آتش سوزي مي گردد.

تذکر: مي توانيد به جاي سيم مسي، از سيم هاي ديگري که طول و سطح مقطع هاي متفاوتي دارند استفاده کنيد. براي مثال؛ از تکه هاي آلومينيوم با سطح مقطع، 6 ميلي متر مربع و طول 15 سانتي متر استفاده کنيد. به رنگ هايي که به دليل تشکيل لايه هاي اکسيد آلومينيوم در هنگام گرم شدن نوار تشکيل مي شود، توجه کنيد.