Исследовательский проект по физике "Электробезопасность моего дома"

XXI Межрегиональная открытая научно – исследовательская

 конференция обучающихся

«Будущее Карелии»

Секция «физико – математические науки и техносфера»

 (направление – физика)

Электробезопасность моего дома.

Лобов Владимир Дмитриевич

МБОУ Софпорогская ОШ, 8  класс,п. Софпорог,

Лоухского района

Е-mail: tropki@mail.ru; тел. +7(921)461-74-59

Руководитель: Лобов Дмитрий Александрович,

учитель физики МБОУ Софпорогская ОШ,

Е-mail: tropki@mail.ru;  тел. +7(921)623-17-38.

г Петрозаводск

2015

ВВЕДЕНИЕ.

В наше время участились пожары из-за неисправности электропроводки. Меня заинтересовала эта тема, и мне стало интересно, а электропроводка в моем доме соответствует электробезопасности или необходим срочный демонтаж и ремонт.

Область исследования: основы электротехники.

Объект исследования:  электробезопасность моего дома.

Предмет исследования: электропроводка моего дома.

Цель исследования: Используя знания, полученные на уроках физики, а также в ходе самостоятельного изучения отдельных вопросов электротехники, оценить электробезопасность своего дома.

Задачи исследования:

1. Провести расчет мощности потребителей электроэнергии моего дома и составить схему электропроводки.
2. Рассчитать силу тока для выбора электропроводки и устройств защитного отключения.
3. Проанализировать безопасность электропроводки. Если сила тока в цепи будет слишком велика, то разбить цепь на несколько ветвей.
4. Рассчитать силу тока и мощность в каждой ветви и составить схемы данных ветвей.
5. Провести эксперимент, показывающий опасность перегрева цепи из-за использования «жучков».

Методы исследования:

• поиск информации с целью получения новых знаний об объекте исследования, дальнейший анализ и систематизация полученных знаний.
• Наблюдение за объектом исследования в различных ситуациях.
• Моделирование различных электрических схем.
• Эксперимент с целью выявления опасности перегрева проводки.
• Математические методы: расчеты необходимых величин по формулам

Работа с источниками информации: Одним из основных источников в работе с информацией по теме исследовательского проекта послужил мой школьный учебник физики для 8 класса [1].

Многое для своей работы я подчеркнул из интернет- уроков по теме: «Электричество» на сайте: http://interneturok.ru/. Так как изучал темы, связанные с электричеством по физике, опережая школьную программу.

Полезными в работе мне оказались так же статьи в Интернете по основам электротехнике и некоторые справочники по электротехнике. Список ресурсов приведен в конце работы.

Актуальность данной проблемы на лицо. Вопросы электробезопасности очень важны  в наше время, в жилых домах и квартирах увеличиваются нагрузки на электропроводку из-за большого количества электроприборов, которыми пользуется современный человек. Большинство людей живут в «старых» домах и квартирах, которые имеют «старую» электропроводку, рассчитанную на меньшие мощности. Поэтому каждому человеку нужно задуматься об электробезопасности своего дома, чтобы избежать беды, о которой они задумываются часто уже очень поздно.

И так, какой же уровень электробезопасности в моем доме?  

Основная часть моего исследования.

Решение основной проектной задачи

«Электропроводка моей квартиры – основа электробезопасности моего дома».

Чтобы правильно и грамотно провести электропроводку в квартире, необходимо  решить следующие задачи:

•  Расчет мощности потребителей
•  Анализ материалов и сечения кабеля
•  Устройства защитного отключения
•  Заземление

Задача 1. Расчет мощности потребителей.

Расчет мощности потребителей очень важен. Он позволит рассчитать нам силу тока и правильно выбрать устройства защитного отключения, материал и сечение кабеля, построить схему электропроводки.

 Зачастую мы живем в домах и квартирах постройки двадцатилетней давности и даже старше. В наше время изменилась энергоемкость приборов и их количество, но при этом не изменилась электропроводка, рассчитанная на мощность приборов тех лет.

Потребляемая мощность увеличилась во много раз, соответственно увеличилась и нагрузка на электропроводку.

Например, кухонный блок представляет собой целую сеть электроприборов, и каждый из них очень энергоемкий. Поэтому правильно рассчитать мощность и силу тока в цепи  просто необходимо.

Для того чтобы рассчитать общую мощность потребителей достаточно обратиться к паспорту электроприборов.

Общую мощность найдем следующим образом:

Pобщ = P1 + P2 + P3 + … + Pn (Вт), где Pобщ – общая мощность,  Pn – мощность отдельных потребителей.

        Для расчета токовой нагрузки электрогруппы потребителей вводится  коэффициент спроса. Коэффициент спроса (Кс) определяет вероятность одновременного включения всех потребителей в группе в течение длительного промежутка времени. Значение Кс=1 соответствует одновременной работе всех электроприборов группы. Для определения коэффициента спроса воспользуемся таблицей (см. приложение №1).

Рассчитываем приведенную мощность с учетом коэффициента спроса по формуле:

Рпр  = Робщ * Кс, где: Pобщ – общая мощность, Рпр – приведенная мощность, Кс – коэффициент спроса.

Приведем пример расчета общей и приведенной мощности.

       Дано                Си               Решение:

       P1  =  1 кВт     1000Вт          Pобщ = P1 + P2 = 1000Вт + 2000Вт = 3000Вт

       P2  = 2 кВт      2000Вт          Рпр = Pобщ * Кс =3000 Вт * 0,8 = 2400Вт

       U = 220 В

       Кс = 0,8

             Найти:                          Ответ: 3000Вт; 2400Вт.

        Pобщ, Рпр - ?

Зная мощность потребителей, мы можем высчитать силу тока (I) по формуле:  Р=I*U  →  I=P/U, где I – сила тока (А), U – напряжение (В), P – мощность (Вт).

Расчеты приведенной мощности электроприборов моего дома.

В следующих таблицах приведена номинальная мощность потребителей нашего дома. Таблица 1 «Моя комната и зал»

Таблица 2. «Кухня»

Таблица 3 «Остальные потребители»

Таблица 4.

Рассчитаем общую мощность, приведённую мощность и силу тока, исходя из данных таблиц 1-4.

Pобщ = 3905 Вт + 5170 Вт + 6255 Вт + 5000 Вт = 20330 Вт.

Рпр = 20330 Вт * 0,65 = 13214,5 Вт.

I = 13214 Вт  / 220 В = 60 А.

:

Рассчитав общую мощность и силу тока, мы пришли к выводу, что нагрузка на цепь велика. Чтобы ее разгрузить, разобьем ее на несколько ветвей со своими устройствами защитного отключения, что позволит:

1. Обезопасить отдельные ветви от перегрузки и скачков напряжения  
2.  Создать удобство при монтаже и ремонте.

Данные таблицы и расчеты показывают мощность и силу тока на отдельных ветвях цепи.

Цепь №1

Рпр = 3905 Вт * 0,8 = 3124 Вт

I = 3124 Вт / 220В = 14,2 А

Цепь №2

Рпр = 5170 Вт * 0,8 = 4136 Вт

I = 4136 Вт / 220В = 18,8 А

Цепь №3

Рпр = 6255 Вт * 0,8 = 5004 Вт

I = 5004 Вт / 220В = 22,7 А

Цепь №4

Рпр = 5000 Вт * 0,8 = 4000 Вт

I = 4000 Вт / 220В = 18,2 А

Данные расчеты позволили нам снизить нагрузку на общую цепь.

На основе полученных данных, построим схемы электропроводки нашего дома^[1] (см. приложение  3).

Задача 2. Устройство защитного отключения (УЗО)

Выбор и установка устройства защитного отключения необходим для защиты цепи от перегрузок, которые могут привести к перегреву электрического кабеля, разрушению изоляции, короткому замыканию. Принцип работы устройств защитного отключения (предохранителей) заключается в том, что при увеличении допустимой силы тока в цепи предохранитель срабатывает на перегрев.

Виды предохранителей:

1. Плавкий предохранитель – расплавляется под действием температуры и размыкает цепь.
2. Автоматы – тепловое расширение тел при нагреве и автоматическое размыкание цепи.

Иногда этими устройствами пренебрегают, просто из-за желания сэкономить используют так называемое устройство «жучок». В качестве «жучка» используют гвоздь, кусок проволоки. Использование этих «устройств» приводит к перегреву проводника

Из приведенных расчетов нагрузки на отдельные цепи, пользуясь таблицей (см. приложение 4), в нашем случае устройства защитного отключения взяты следующим образом:

На эксперименте покажем, как увеличение напряжения и силы тока влияют на нагрев проводника.

Эксперимент «Чем опасен перегрев проводки. ^[2]

Цель работы: На опыте показать опасность и последствия перегрева проводника из-за использования «жучков».

Оборудование: Источник тока, стальная спираль.

Ход работы:

1. Нарисуем схему и наглядное изображение экспериментальной установки.

2. Соберем данную установку.
3. Постепенно увеличиваем напряжение в цепи. Так как сопротивление проводника не меняется, сила тока будет увеличиваться по закону Ома:

I = U / R, где I – Сила тока (А), U – Напряжение (В), R – Сопротивление (Ом).

4. Для определения количества теплоты, выделенного проводником, при увеличении силы тока, применим закон Джоуля – Ленца:

Q = I2 * R * t, где Q – Количество теплоты (Дж), I – Сила тока (А), R – Сопротивление (Ом), t – Время (с).

5. Составим таблицу полученных экспериментальных данных.

Вывод по итогам эксперимента:

 В ходе эксперимента мы увидели, что с увеличением силы тока увеличивается выделяемое количество теплоты. Следовательно, что при критической силе тока выделяется критическое количество теплоты. При этом разрушается изоляция кабеля и происходит короткое замыкание. Исправные устройства защитного отключения сразу разомкнут цепь, предотвращая пожар. «Жучки» наоборот, сделанные в основном из железа, имеют большую температуру плавления, не расплавятся и не предотвратят критически большой уровень выделения количества теплоты, что приведёт к пожару.

Поэтому стоит задуматься тем людям, которые беспечно применяют «жучки» для своей электропроводки.

Задача 3. Материалы и сечение кабеля

Правильный выбор электропроводки необходим для безопасности электрической цепи. Для выбора сечения кабеля, и материала из которого он изготовлен, обратимся к справочной таблице (см. приложение 2), а также к параметрам установленного устройства защитного отключения. В нашем случае.                

Сечение кабеля мы выбрали с запасом прочности, на случай подключения новых приборов в сеть.

Заземление

Немаловажную роль в электробезопасности моего дома играет заземление.

Техническая необходимость заземления электроприборов обоснована. Однако кроме этого существует и более важная необходимость обустройства заземления – безопасная эксплуатация электроприборов.

 О том, насколько это существенно, видно из примера: незаземленный холодильник расположен рядом с отопительной батареей, на его корпусе возникло относительно небольшое напряжение порядка 50—100 вольт. Для взрослого человека это напряжение при случайном прикосновении будет почти не ощутимым. А вот если к прибору прикоснется ребенок и одновременно (случайно или непредумышленно) в это же время дотронется до батареи центрального отопления, которая обязательно заземлена, он окажется между заземлением (батарея) и напряжением (холодильник), то есть, своим организмом создаст электрическую цепь: корпус холодильника, находящийся под напряжением – организм человека – заземленная батарея. Неокрепший детский организм очень восприимчив к току даже в небольших величинах, при его прохождении через организм последствия могут быть очень серьезными.

Поэтому заземление всех электроприборов очень важно.

Заключение

Работая над данным исследовательским проектом, я выяснил, что электропроводка моего дома в основном соответствует техническим требованиям, но и в тоже время есть некоторые аспекты, над которыми можно поработать. Например, установка устройств защитного отключения для отдельных цепей и заземления.

В ходе эксперимента я убедился, к чему может привести перегрев электропроводки и пришел к выводу, что многие люди, имея базовый запас знаний из области физики и технологии, не всегда соблюдают правила электробезопасности своего дома, а это ведет к печальным последствиям.

Также я пришел к выводу, что монтаж электропроводки – непросто механическая работа. Необходимо учитывать технические требования (мощность потребителей, силу тока) и условия, в которых она будет использоваться (повышенная влажность, перепады температур).

Чтобы смонтировать электропроводку своего дома,  необходимы специальные знания в области электротехники и, не имея этих знаний, нельзя самостоятельно приступать к электротехническим работам.

А если и проводить какие – то работы, связанные с электрооборудованием дома, важно знать и помнить правила техники безопасности^[3].

По результатам работы моего проекта мною создан сайт проекта «Электробезопасность моего дома», который размещен на страницах нашего школьного сайта в разделе «Конкурсы и проекты», а так же мной написана компьютерная программа, позволяющая автоматизировать некоторые расчеты, описанные в моей работе.

Надеюсь, что мое исследование заставит еще раз задуматься многих об электробезопасности своего дома, что позволит избежать многих несчастных случаев, связанных с  ударом электрическим током и пожаром  по вине неисправной электропроводки.

Список использованных источников и литературы.

1. А.В. Перышкин, Е.М. Гутник Физика. 8 класс. Учебник  - М.: Дрофа, 2014 – 319 с.
2. Ярочкина Г.В. Основы электротехники: Учебное пособие для учреждений начального профессионального образования. – М.: ИЦ Академия, 2013. -240 с.
3.  Зильберман А.Р. Преобразование электрических цепей //Квант. — 2002. — № 3. — С. 30-31,34.
4. А так ли хорошо знакомы вам электрические цепи? // Квант. — 1990. — № 12. — С. 40-41.
5.  Мурзин С., Трунин М., Шовкун Д. За пределами закона Ома //Квант. — 1989. — № 4. — С. 2-8.
6. http://kurstoe.ru/literatura.html -Курс электротехники.
7. http://interneturok.ru/ - Сайт «Интернет уроки», уроки физики по теме «Электричество».
8. http://www.online-electric.ru – Сайт «Он-лайн электрик».
9. http://electric-tolk.ru – Он-лайн журнал «Толковый  электрик».
10. http://kiev-elektro.ru/category/shemu - полезные статьи по электричеству.