短路

课程标准： KS3, cycle 4, Sek I

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实验目的

观察短路时会发生什么，以及保护功能是怎样起作用的。

实验装置

一个 6 V 电压源和一只 6 V / 3 W 灯泡；一个断开的开关与灯泡并联。灯泡发光。

实验步骤

1. 闭合开关。
2. 观察灯泡和电压源的电源指示灯。
3. 断开开关，用电源键打开电压源。

预期结果

闭合的开关把灯泡的两个接线柱短接：电流绕过灯泡，灯泡熄灭。电流只受电压源内阻（0.5 Ω）和电缆的限制，达到约 10 A。电流超过 3 A 时，电压源的过载保护把它关闭：电源键切换到关闭状态，指示灯闪红光。只有用手重新打开，电压源才会恢复工作。

问题

1. 为什么短路时电流这么大？
2. 家庭电路中的什么装置起着这种保护的作用？

答案

1. 闭合的开关把灯泡旁路了，而原来正是灯泡约 12 Ω 的炽热灯丝使电流保持在 0.5 A 左右。剩下的只有电压源 0.5 Ω 的内阻和电缆，所以由 \(I = U / R\) 得出电流最大为 6 V / 0.5 Ω = 12 A，算上电缆约为 10 A。
2. 配电箱中的空气开关，或者老式线路中的保险丝。与电压源的保护一样，空气开关在过载或短路时断开，之后需要用手重新合上。