단락

교육과정: KS3, cycle 4, Sek I

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목표

단락이 일어나면 어떻게 되는지, 보호 장치가 어떻게 작동하는지 살펴봅니다.

실험 장치

6 V 전압원과 6 V / 3 W 전구가 있고, 열린 스위치가 전구에 병렬로 연결되어 있습니다. 전구는 켜져 있습니다.

실험 방법

1. 스위치를 닫으세요.
2. 전구와 전압원의 전원 표시등을 살펴보세요.
3. 스위치를 열고 전원 버튼으로 전압원을 켜세요.

예상 결과

닫힌 스위치가 전구의 두 단자를 단락시킵니다. 전류가 전구를 우회하여 흐르고 전구는 꺼집니다. 전류를 제한하는 것은 전압원의 내부 저항(0.5 Ω)과 케이블뿐이어서 전류가 약 10 A에 이릅니다. 전압원의 과부하 보호 장치는 전류가 3 A를 넘으면 전압원을 끕니다. 전원 버튼이 꺼지고 표시등이 빨간색으로 깜박입니다. 전압원은 손으로 다시 켜야만 다시 작동합니다.

질문

1. 단락이 일어나면 전류가 왜 그렇게 커집니까?
2. 가정의 배선에서 이 보호 장치의 역할을 하는 장치는 무엇입니까?

답

1. 닫힌 스위치가 전구를 건너뛰게 만드는데, 그동안 전류를 0.5 A 가까이로 붙잡아 둔 것은 약 12 Ω인 전구의 뜨거운 필라멘트였습니다. 남는 것은 전압원의 내부 저항 0.5 Ω과 케이블뿐이므로, \(I = U / R\)에 따라 전류는 최대 6 V / 0.5 Ω = 12 A이고, 케이블까지 포함하면 약 10 A입니다.
2. 분전반의 차단기이며, 오래된 배선에서는 퓨즈입니다. 차단기도 전압원의 보호 장치처럼 과부하나 단락이 일어나면 꺼지고, 손으로 다시 켜야 합니다.