Czym dokładnie jest zwarcie?

W mojej książce nie ma wyjaśnienia terminu zwarcie, ale w wielu miejscach autor go użył. Przejrzałem to. Niektórzy wyjaśniają to jako przepływ ładunku wzdłuż dużej różnicy potencjałów, podczas gdy inni tłumaczą to jako przepływ ładunku wzdłuż ścieżki niskiego oporu. Czym dokładnie jest zwarcie? Bardzo pomocne byłoby wyjaśnienie wraz ze schematem.

Mówiąc prościej i praktycznie, zwarcie jest niechcianą lub niezamierzoną ścieżką, którą może podążać prąd, która omija trasy, które faktycznie chcesz pokonać.

Zwykle jest to ścieżka niskiej rezystancji między dwoma punktami o różnym potencjale.

Na przykład:

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

W lewym prostym obwodzie LED wokół obwodu przepływa nieco ponad 6 mA. Stwórz zwarcie, reprezentowane przez bardzo niską rezystancję (żaden drut nie jest idealnym przewodnikiem 0 Ω), a 5000 A chce spróbować przez niego przepłynąć. To zła wiadomość dla baterii. Bateria może eksplodować. Pewne jest jednak, że wewnętrzny opór akumulatora ograniczy prąd, który może istnieć, a na zaciskach akumulatora będzie widoczny duży spadek napięcia, który spowoduje, że cały obwód przestanie działać.

To jest zwarcie :

Okej, tak naprawdę chciałem to odłożyć. Zobaczmy, czy możemy odpowiedzieć na twoje pytanie z resztą miejsca.

Zwarcie to połączenie dwóch elementów, których nie zamierzałeś łączyć. W większości przypadków takie zachowanie jest wysoce nieoczekiwane i ma tendencję do powodowania nieprawidłowego zachowania się obwodu.

Jednym z najczęstszych zwarć jest drut, który łączy dwa punkty, które są doprowadzane do stałego potencjału między nimi (takie jak dwa bolce gniazda ściennego 120 V, które są napędzane przez generator w firmie energetycznej, aby pozostały 120 V AC oddzielnie). W takich przypadkach wynik jest zwykle spektakularny i obejmuje efekty wtórne. Na przykład, jeśli położysz drut na gnieździe ściennym 120 V, bardzo szybko przekonasz się, że ten drut nie miał rezystancji 0 omów, jak drut idealny, ale miał bardzo mały opór (0,001 oma lub podobny) i pozwala teraz przepływać przez nią ogromnej ilości prądu ... przynajmniej dopóki się nie nagrzeje i nie stopi!

Ważną rzeczą w zwarciach jest to, że zawsze obejmują one niezamierzone aspekty obwodu. Możesz mieć zasilacz komputera, który generuje sygnał 5 V za pomocą tranzystorów. Teraz oboje wiemy, że tranzystory są niedoskonałe i istnieją pewne efekty wtórne, ale producenci zasilaczy dokładają wszelkich starań, aby zminimalizować te efekty, abyśmy mogli powiedzieć: „och, ten przewód zapewnia 5 V!” Kiedy użyjesz drutu, aby podłączyć go do uziemienia (0 V), tworzymy zwarcie. Jeśli modelujesz ten zasilacz jako idealny generator napięcia idealnego 5 V, równania po prostu nie działają. Nie można połączyć linii 0 V i linii 5 V za pomocą idealnego drutu, ponieważ drut może mieć tylko jedno napięcie. Nie możemy już modelować zasilacza jako idealnego źródła napięcia.

Co się stanie, tranzystory w zasilaczu zaczną ograniczać prąd. Zazwyczaj ten limit jest bardzo wysoki i może być wystarczająco wysoki, aby rozpocząć przegrzanie tranzystorów. Może to robić różnego rodzaju paskudne rzeczy (jak stop lutowany), a rezultatem może być awaria zasilacza!

Zwarcie jest szczególnym rodzajem obwodu równoległego, w którym połączenie dwóch dowolnych węzłów obwodu ma znacznie niższą rezystancję w porównaniu do pozostałych dwóch.

W takim przypadku, ponieważ napięcie powinno być równe na dwóch węzłach, rezystancja każdej równoległej ścieżki obwodu podzieli przez nie prąd całkowity. Ponieważ jedna ścieżka ma bardzo niski opór, większość prądu przepłynie tą ścieżką. To często pozbawia drugą ścieżkę znaczącego prądu do najbardziej praktycznego zastosowania.

tzn. silnik 100 omów równolegle z rezystorem 0,01 omów będzie zwarciem. Rezystor 0,01 równolegle z rezystorem 0,01 nie będzie uważany za zwarcie, ponieważ obie rezystancje są dość podobne. Uwaga: drut jest niedoskonałym przewodnikiem o pewnej rezystancji, zwykle w zakresie pojedynczej lub dolnej cyfry.

Zwarcie to po prostu niepożądane połączenie między dwoma punktami w obwodzie. To niechciane połączenie zwykle powoduje w jakiś sposób niewłaściwe zachowanie całego obwodu.

Zwarcie jest zwykle ścieżką od źródła zasilania do jego powrotu, którego rezystancja jest niewielka w stosunku do efektywnej rezystancji szeregowej zasilacza i przewodów go łączących.

Jeśli zasilacz zachowuje się jak szeregowy opornik o stałym napięciu, wówczas ilość energii pobieranej z zasilacza wzrośnie wraz ze spadkiem rezystancji obciążenia, ale ułamek mocy zasilającej, który dociera do obciążenia, wzrośnie wraz z opornością obciążenia idzie w górę. Efekty te zrównoważą się, gdy rezystancja obciążenia dopasuje się do rezystancji po stronie zasilania.

Jeśli rezystancja obciążenia jest niewielka w stosunku do rezystancji po stronie podaży, z zasilania zostanie pobrana duża ilość energii, ale bardzo niewiele z niej dostanie się do obciążenia. Powszechną cechą zwarć jest to, że ilość energii, która jest użytecznie wykorzystana przez mały obwód, będzie ogólnie znacznie niższa niż ilość energii, którą można by zebrać, gdyby rezystancja obciążenia była wyższa.

Zwarcie jest po prostu połączeniem o niskiej rezystancji między dwoma przewodnikami dostarczającymi energię elektryczną do dowolnego obwodu. Powoduje to nadmierny przepływ prądu w źródle zasilania przez „zwarcie”, a nawet może spowodować zniszczenie źródła zasilania. Jeśli bezpiecznik znajduje się w obwodzie zasilania, wykona swoją pracę i przepali się, otwierając obwód i zatrzymując przepływ prądu. 

Zwarcie może występować w obwodzie prądu stałego lub przemiennego (prądu stałego lub przemiennego). Jeśli jest to zwarty akumulator, akumulator zostanie bardzo szybko rozładowany i nagrzeje się z powodu wysokiego przepływu prądu. 

Zwarcia mogą powodować bardzo wysokie temperatury ze względu na wysokie rozproszenie mocy w obwodzie. Jeżeli naładowany kondensator wysokiego napięcia zostanie zwarty cienkim drutem, powstałe w wyniku tego ogromne rozproszenie prądu i mocy spowoduje, że drut faktycznie wybuchnie. 

Jeśli mówisz o swoim domu, zauważysz, że twoje wyłączniki mają na przykład 10 amperów, 20 amperów i 100 amperów dla głównych wyłączników.

Wszystko, co podłączysz, aby powiedzieć, że obwód 10 amperów nie powinno pobierać więcej niż 10 amperów lub naturalnie wyzwala wyłącznik. Jeśli spojrzysz na urządzenie, które podłączasz, prawdopodobnie powie ci, ile prądu pobiera, na przykład radio może pobierać 2,5 ampera. Radio jest obciążeniem, a potencjały elektryczne (120 woltów lub czasem oznaczone jako 117 woltów lub 110 woltów) w gnieździe dostarczają prąd przez obciążenie, czyli przez rezystor ograniczający prąd.

Zapomnij na chwilę, że rezystancję AC należy obliczyć biorąc pod uwagę pojemność, indukcyjność ORAZ rezystancję. Rezystancja prądu przemiennego nazywa się impedancją, ale wystarczy założyć, że obciążenie radia jest rezystancyjne. Pobiera 2,5 ampera, ale teraz, jeśli odłączysz radio i włożysz jeden kawałek drutu do gniazdka, łącząc w ten sposób gorący i neutralny, prąd wystrzeliłby do nieskończoności (a może 1000 amperów), ponieważ jest prawie niezmierzony opór w tym małym kawałku drutu. Wyłącznik wyłącza się z powodu tego wysokiego prądu.
Mały kawałek drutu to bezpośrednie zwarcie, którego nigdy nie chcesz zrobić. Przypuśćmy, że element w radiu traci swoją oporność i zamienia się w kawałek drutu, proszę bardzo, w radiu jest zwarcie, a wyłącznik 10 amperów się wyłącza. Jedną z wyjątkowych właściwości żarówki jest to, że można uznać ją za „kawałek drutu” (żarnik), ale znajduje się ona w cewce (spójrz na żarnik, nie jest prosty, ale jest zwinięty), co zapewnia indukcyjność, która ogranicza prąd, podobnie do rezystora, ale także innego niż rezystor, a także włókno znajduje się w próżni, która nie zapewnia tlenu, więc włókno „pali się”, ale trwa długo.