Buzz
1. Đoản mạch là gì?
Đoản mạch, hay còn gọi là ngắn mạch, xảy ra khi nguồn điện được kết nối với một mạch ngoài có điện trở gần như bằng 0. Nguyên nhân chủ yếu là do chập mạch điện, khiến điện trở của dây dẫn giảm xuống còn 0, dẫn đến việc cực âm của nguồn điện nối trực tiếp với cực dương mà không qua thiết bị điện.
Khi điện trở bằng 0, cường độ dòng điện tăng cao tới mức cực đại, gây ra hiện tượng quá tải mạch điện, tạo ra nhiệt lượng lớn và có thể gây ra cháy nổ hoặc làm hỏng toàn bộ hệ thống điện trong gia đình.
Ở mức độ nhẹ, đoản mạch có thể gây hư hỏng cho các thiết bị điện như điều hòa, tủ lạnh, máy giặt và máy nước nóng, ảnh hưởng đến linh kiện và bo mạch.
2. Điều kiện để xảy ra hiện tượng đoản mạch
Đoản mạch xảy ra khi điện trở của mạch ngoài rất thấp, gần bằng 0 ôm.
Ví dụ: Khi hai cực của nguồn điện được nối với nhau bằng một dây dẫn có điện trở cực thấp, dòng điện trong mạch sẽ đạt cường độ tối đa và sinh ra nhiệt lớn, có nguy cơ gây cháy nổ.
Nếu một phần của mạch điện bị đoản mạch, thiết bị điện còn lại trong mạch có thể bị hỏng.
Để đơn giản hóa, đoản mạch xảy ra khi mạch điện bị ngắn hoặc hở. Trong một mạch điện luôn có một nguồn điện trở. Nếu hai dây nối cực âm và cực dương của nguồn điện bị chập vào nhau, điện trở trên mạch sẽ giảm xuống còn 0, dẫn đến hiện tượng đoản mạch. Đây chính là nguyên nhân gây ra hiện tượng đoản mạch.
3. Một số ví dụ về đoản mạch
Trong cuộc sống hàng ngày, hiện tượng đoản mạch rất phổ biến. Ví dụ, nếu chúng ta sử dụng một máy bơm công suất 500 W trong khi dây điện chỉ chịu tải 400 W, điều này sẽ dẫn đến quá tải và làm dây điện nóng lên.
Khi dây điện nóng lên quá mức, lớp vỏ bảo vệ sẽ bị nóng chảy, khiến cho các dây dẫn bên trong chạm vào nhau và gây ra chập mạch. Khi cực dương chạm vào cực âm, điện trở dây dẫn gần như bằng 0, hiện tượng đoản mạch xuất hiện và có thể gây ra cháy nổ.
4. Nguyên nhân, phương pháp phòng tránh và cách khắc phục hiện tượng đoản mạch
Để phòng tránh hiện tượng đoản mạch, cần hiểu rõ nguyên nhân gây ra nó. Dưới đây là một số phương pháp phòng tránh phổ biến hiện nay:
4.1. Sử dụng thiết bị bảo vệ
Hiện tượng đoản mạch thường do sự cố làm giảm điện trở của dây dẫn, dẫn đến cường độ dòng điện tăng đột ngột. Do đó, các thiết bị bảo vệ sẽ giúp phát hiện sự gia tăng này và tự động ngắt mạch điện.
Hai thiết bị phổ biến được sử dụng là cầu chì và aptomat. Chúng thường được lắp đặt nối tiếp với mạch điện tại các điểm nguồn và trên các thiết bị để ngắt kết nối khi cường độ dòng điện vượt mức cho phép.
4.2. Phương pháp phòng tránh chập mạch điện
Thay mới vỏ cách điện cho dây dẫn
Các dây dẫn cũ với lớp vỏ cách điện đã bị yếu, mỏng hoặc mục nát có thể gây chập mạch khi hai cực của nguồn điện tiếp xúc trực tiếp. Những vật nhọn như đinh vít hoặc chuột gặm nhấm cũng có thể làm hỏng lớp vỏ cách điện, dẫn đến nguy cơ đoản mạch.
Cách khắc phục chính là thay dây điện mới hoặc bổ sung lớp vỏ cách điện cho hệ thống hiện tại, mặc dù phương pháp này có thể ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ.
Đảm bảo khoảng cách an toàn giữa các dây dẫn
Khi khoảng cách giữa hai dây dẫn điện quá nhỏ, có nguy cơ các dây dẫn sẽ chạm vào nhau nếu lớp vỏ cách điện bị hỏng do mục nát, ăn mòn hoặc các tác động khác. Ngoài ra, việc nối dây không đúng kỹ thuật cũng dễ dẫn đến chập mạch. Do đó, cần chú ý những điểm sau:
- Tránh sử dụng dây dẫn trần và đảm bảo khoảng cách giữa hai dây dẫn tối thiểu là 0,25 m (25 cm).
- Đảm bảo các mối nối dây dẫn chắc chắn và đầu nối phải được đặt so le nhau.
- Không xếp chồng các dây trung tính lên nhau.
- Tránh sử dụng dây thép hoặc đinh để cố định đường dây.
Biện pháp phòng tránh chập điện do sét đánh
Sét tạo ra năng lượng khổng lồ, lên tới 5000 kW và nhiệt độ tương đương với mặt trời. Khi thiết bị điện vẫn hoạt động trong cơn giông bão, nó có thể dẫn điện thu hút năng lượng từ sét trước khi truyền xuống mặt đất. Năng lượng mạnh mẽ này có thể làm cháy lớp vỏ cách điện, gây đoản mạch và hư hỏng thiết bị. Để phòng tránh, hãy ngắt nguồn điện của tất cả thiết bị khi có giông bão và không mắc dây điện lên cây lớn vì chúng là vật dẫn điện tốt.
4.3. Phương pháp phòng tránh chập điện do quá tải và ngắn mạch
Giảm thiểu việc sử dụng nhiều thiết bị đồng thời
Quá tải thường xảy ra vào mùa hè khi nhu cầu điện tăng cao. Hiện tượng này có thể xuất hiện ở phích cắm, dây dẫn hoặc các thiết bị điện dân dụng, đặc biệt là các thiết bị công suất lớn như lò vi sóng, bếp điện, điều hòa. Khi sử dụng tất cả các thiết bị cùng lúc, dòng điện có thể quá tải, làm cầu chì hoặc aptomat ngắt điện liên tục, dẫn đến nguy cơ cháy nổ.
Vì vậy, các biện pháp phòng tránh hiệu quả trong trường hợp này bao gồm:
- Chọn dây dẫn điện có kích thước phù hợp với công suất sử dụng để tránh quá tải.
- Tránh sử dụng nhiều thiết bị công suất lớn trên cùng một ổ cắm hoặc nguồn điện gia đình.
- Thường xuyên kiểm tra tình trạng của dây dẫn để phát hiện hư hỏng kịp thời.
Chập điện do mối nối kém chất lượng
Các mối nối điện có thể trở nên lỏng hoặc hở nếu kỹ thuật nối không đạt yêu cầu, dẫn đến tăng điện trở tiếp xúc và gây phóng điện. Điều này có thể làm chảy nhựa và gây cháy thiết bị gần kề. Để khắc phục, cần siết chặt các mối nối và dùng băng keo cách điện màu đen quấn chặt quanh các khu vực bị hở.
Khi xảy ra hiện tượng đoản mạch, khi phát hiện sự cố, chúng ta nên:
- Ngắt nguồn điện và rút tất cả các phích cắm để tránh gây ảnh hưởng đến thiết bị.
- Liên hệ với dịch vụ sửa chữa điện để được hỗ trợ kịp thời nếu bạn không có khả năng sửa chữa điện.
5. Một số bài tập trắc nghiệm về hiện tượng đoản mạch
Bài tập 1: Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nào?
A. Dùng dây dẫn ngắn để kết nối mạch điện
B. Nối hai cực của nguồn điện bằng dây dẫn có điện trở rất thấp
C. Không sử dụng cầu chì trong một mạch điện kín
D. Dùng pin hoặc ắc quy để nối trong một mạch điện kín
Hướng dẫn giải:
Đáp án đúng là B. Để hiểu lý do vì sao đây là câu trả lời chính xác, hãy tham khảo lại phần 2: 'Điều kiện xảy ra hiện tượng đoản mạch'.
Các lựa chọn còn lại cũng có thể dẫn đến tình trạng điện trở bằng 0, nhưng không phải là nguyên nhân chính, vì vậy cần phân biệt rõ bản chất của hiện tượng đoản mạch.
Bài viết trên đã giải thích chi tiết về hiện tượng đoản mạch theo chương trình Vật lý phổ thông. Cảm ơn các bạn đã đọc và theo dõi.
