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摘要：本文通过对焦耳定律的分析得出，常见家庭电路火灾主要是由电路中电流过大从而导致电路温度不断升高达到其着火点而引起的。根据欧姆定律以及家庭电路的特点，得出家庭电路中引起电流过大的情形主要分为电路短路和电路加载用电器总功率过大两种。对某家庭电路中电能表标识以及常用家电额定功率的调查，作者发现过多大功率用电器同时使用时，其总功率将大于电能表所允许加载电器的最大功率，电路潜在由于电流过大而引发火灾的危险。为了人们生命财产安全，本文最后提出了几点应对家庭电路中电流过大的措施，避免火灾的发生。
关键词：电路火灾;焦耳定律;防火措施
中图分类号：G4 文献标识码：A
一、引言
1831年，英国物理学家法拉第（Michael Faraday）首次发现了在磁场中运动的导体会产生电流。自此，人们可以利用发电机提供源源不断的电能，通过用电器又可以将电能转化为各种人们生活所需的能量，给人们生活带来极大便利，标志着人类社会开始从蒸汽时代进入电气时代。现代家庭中，家家户户都添加了各种生活必备电器，使生活更加丰富便利的同时，却也埋下了一定的安全隐患。据统计，2020年1月到10月，我国城乡居民住宅发生火灾共8.5万起，死亡人数高达684人，受伤人数高达389人。其中，因电气引起的火灾高达居民住宅火灾总数的32.1%，由此可见电气使用不当是引发火灾的主要因素之一。故掌握安全用电原则对人们的人身财产安全来说极为重要。
二、电路起火原因
要使物体能够燃烧，其中一个必要条件是使其温度达到其着火点。1841年，英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule）发现：当有电流通过导体做功时，导体会产生热量，产生热量的多少跟电流的大小、导体电阻的大小以及通电时间的长短有关，即电流的热效应。其数学表达式可具体表述为：
Q = I2Rt ①
其中，Q表示通电导体产生的热量，I表示通过电路中导体的电流，R表示导体的电阻，t则表示电流通过导体的持续时间[1]。從公式中可以发现，通电导体产生的热量与电流的二次方成正相关，即电路中通过的电流越大，产生的热量就越大。当电路中产生的热量过大而无法及时散开时，电流就会导致整个电路的温度不断升高，一旦达到导线或用电器等物体的着火点时，就极其容易引发火灾。因此，电流过大是家庭电路引发火灾的主要原因之一。而引起电路电流过大可分为两种情形：
一种情形是电路出现短路现象。1826年，德国物理学家乔治·西蒙·欧姆（Georg Simon Ohm）通过大量实验得到通电导体中的电流与电压及其电阻的关系，具体表述为：通电导体中的电流大小，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。用物理公式表示，即为：
②
其中，U表示导体两端的电压，R表示导体的电阻[1]。从公式②可看出，当导体电阻一定时，通过导体的电流大小与导体两端的电压值成正比;当导体的电阻一定时，通过导体的电流大小与导体的电阻值成反比。在家庭电路中，进户线包含火线和零线，两根导线之间存在220 V的电压。家庭电路中的导线一般选用金属铜制成，其电阻率（ρ）仅为1.7×10-8 Ω·m。家庭电路导线横截面积以2.5 mm2、4.0 mm2居多。因此，每10 m长，横截面积为2.5 mm2的家用导线，根据电阻与电阻率关系式：
③
其电阻仅为0.068 Ω，非常小。一旦电路中的电流不经过任何用电器，当火线和零线直接被连通时，根据公式②可知电路中就会产生巨大的电流，这种现象称为短路。
另一种情形是家庭电路中加载用电器的总功率过大。当有电流流过用电器时，用电器会消耗电路中的电能，将其转换为其他形式的能量，能量的转换是电流做功的结果。电流所做的功，叫做电功。电功的大小与电压、电流以及时间有关，其具体关系表述为：
W=UIt ④
其中，W表示电功。电功率是电功与时间的比值，表示电流做功的快慢。用公示表示为：
⑤
其中，P表示电功率。将公式代入，化简即得到：
P=UI ⑥
变形可得：
⑦
在家庭电路中，电压总是保持220 V不变，因此，电路中加载用电器的总功率P过大时，其电流就会过大[1]。
以上两种电流过大的情形均是引发家庭火灾的主要原因。
三、家用电器电功率调查及探讨
现代家庭中，人们为了生活方便，购买了各种各样的用电器，其中包括不少的大功率用电器。人们在使用这些用电器是否存在一定的安全隐患，会不会引起家庭电路中电流过大从而存在火灾的威胁，本文将通过对常见家庭用电器的调查及计算进行探究说明。
本文在网上随机调查了部分热销品牌旗下的家用电器，品牌电器类型及其额定功率如下表所示
表1 其他常用家电及额定功率
电器
名称 TCL
电视机 海尔
洗衣机 美菱
饮水机 美的
电饭煲 格力
空调 飞科
电吹风 美的
微波炉 九阳
电水壶 美的
电饭煲 苏泊尔电磁炉
额定
功率 150 W 350 W 550 W 640 W 1075 W 1200 W 1280 W 1800 W 2100 W 2200 W
以上信息中，电视机、洗衣机、饮水机等都是现代普通家庭中常用的电器，这些用电器的额定电功率之和为：
P=150 W+350 W+550 W+640 W+1075 W+1200 W+1280 W +1800 W+2100 W+2200 W=11345 W
在普通家庭电路中，2.5 mm2的铜电线是最常见的选择，此类电线最大能承载5000 W功率电器[2]。一般家庭电路中如空调会有独立的线路，但即便把空调排除在外，其他剩余的用电器的功率总和也会超过电线的最大承载量，从而存在导致家庭电路中电流过大，继而引发家庭火灾的风险。
四、防止家庭电路起火的措施
通过前文分析可知，家庭电路起火主要是由于电路电流过大引起，引起电路中电流过大有两个原因：一是电路短路;二是电路中加载的用电器总功率过大。
为了避免家庭电路出现短路，应注意以下几点：
1. 家中不私自乱接电线，并定期检查线路是否完整;导线绝缘层是否出现破损，一旦出现应立即更换;
2. 家庭电路中必须安装保险装置如保险丝或空气开关等;
3. 注意家用电器的使用年限，如国家标准规定电冰箱的安全使用年限是10年，老化的家用电器应及时替换;
4. 常年保持插头、插座干燥，避免水等导电液体溅入。
为防止家庭电路加载电器的总功率过大，可以采取以下措施：
1. 安装电路中的电线时，应充分预计家用电器的总功率，选择合适型号的电线，各种大功率用电器避免同时使用;
2. 特殊大功率用电器应该有独立的线路，安装专门的插座，禁止插座串联使用。
五、总结
家庭电路起火是引发居民火灾最主要的原因，电路起火常常因电路中导体的电流过大而引起。本文通过理论分析，得出电路短路以及加载用电器总功率过大均会导致电路中的电流过大。因此，防止家庭电路短路和避免加载的用电器总功率过大是杜绝电路起火最有效的方法。
参考文献
[1]彭前程;物理九年级全一册;人民教育出版社
[2]熊令;家用电线：那些看不见的“线”;家庭电气化
关键词：电路火灾;焦耳定律;防火措施
中图分类号：G4 文献标识码：A
一、引言
1831年，英国物理学家法拉第（Michael Faraday）首次发现了在磁场中运动的导体会产生电流。自此，人们可以利用发电机提供源源不断的电能，通过用电器又可以将电能转化为各种人们生活所需的能量，给人们生活带来极大便利，标志着人类社会开始从蒸汽时代进入电气时代。现代家庭中，家家户户都添加了各种生活必备电器，使生活更加丰富便利的同时，却也埋下了一定的安全隐患。据统计，2020年1月到10月，我国城乡居民住宅发生火灾共8.5万起，死亡人数高达684人，受伤人数高达389人。其中，因电气引起的火灾高达居民住宅火灾总数的32.1%，由此可见电气使用不当是引发火灾的主要因素之一。故掌握安全用电原则对人们的人身财产安全来说极为重要。
二、电路起火原因
要使物体能够燃烧，其中一个必要条件是使其温度达到其着火点。1841年，英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule）发现：当有电流通过导体做功时，导体会产生热量，产生热量的多少跟电流的大小、导体电阻的大小以及通电时间的长短有关，即电流的热效应。其数学表达式可具体表述为：
Q = I2Rt ①
其中，Q表示通电导体产生的热量，I表示通过电路中导体的电流，R表示导体的电阻，t则表示电流通过导体的持续时间[1]。從公式中可以发现，通电导体产生的热量与电流的二次方成正相关，即电路中通过的电流越大，产生的热量就越大。当电路中产生的热量过大而无法及时散开时，电流就会导致整个电路的温度不断升高，一旦达到导线或用电器等物体的着火点时，就极其容易引发火灾。因此，电流过大是家庭电路引发火灾的主要原因之一。而引起电路电流过大可分为两种情形：
一种情形是电路出现短路现象。1826年，德国物理学家乔治·西蒙·欧姆（Georg Simon Ohm）通过大量实验得到通电导体中的电流与电压及其电阻的关系，具体表述为：通电导体中的电流大小，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。用物理公式表示，即为：
②
其中，U表示导体两端的电压，R表示导体的电阻[1]。从公式②可看出，当导体电阻一定时，通过导体的电流大小与导体两端的电压值成正比;当导体的电阻一定时，通过导体的电流大小与导体的电阻值成反比。在家庭电路中，进户线包含火线和零线，两根导线之间存在220 V的电压。家庭电路中的导线一般选用金属铜制成，其电阻率（ρ）仅为1.7×10-8 Ω·m。家庭电路导线横截面积以2.5 mm2、4.0 mm2居多。因此，每10 m长，横截面积为2.5 mm2的家用导线，根据电阻与电阻率关系式：
③
其电阻仅为0.068 Ω，非常小。一旦电路中的电流不经过任何用电器，当火线和零线直接被连通时，根据公式②可知电路中就会产生巨大的电流，这种现象称为短路。
另一种情形是家庭电路中加载用电器的总功率过大。当有电流流过用电器时，用电器会消耗电路中的电能，将其转换为其他形式的能量，能量的转换是电流做功的结果。电流所做的功，叫做电功。电功的大小与电压、电流以及时间有关，其具体关系表述为：
W=UIt ④
其中，W表示电功。电功率是电功与时间的比值，表示电流做功的快慢。用公示表示为：
⑤
其中，P表示电功率。将公式代入，化简即得到：
P=UI ⑥
变形可得：
⑦
在家庭电路中，电压总是保持220 V不变，因此，电路中加载用电器的总功率P过大时，其电流就会过大[1]。
以上两种电流过大的情形均是引发家庭火灾的主要原因。
三、家用电器电功率调查及探讨
现代家庭中，人们为了生活方便，购买了各种各样的用电器，其中包括不少的大功率用电器。人们在使用这些用电器是否存在一定的安全隐患，会不会引起家庭电路中电流过大从而存在火灾的威胁，本文将通过对常见家庭用电器的调查及计算进行探究说明。
本文在网上随机调查了部分热销品牌旗下的家用电器，品牌电器类型及其额定功率如下表所示
表1 其他常用家电及额定功率
电器
名称 TCL
电视机 海尔
洗衣机 美菱
饮水机 美的
电饭煲 格力
空调 飞科
电吹风 美的
微波炉 九阳
电水壶 美的
电饭煲 苏泊尔电磁炉
额定
功率 150 W 350 W 550 W 640 W 1075 W 1200 W 1280 W 1800 W 2100 W 2200 W
以上信息中，电视机、洗衣机、饮水机等都是现代普通家庭中常用的电器，这些用电器的额定电功率之和为：
P=150 W+350 W+550 W+640 W+1075 W+1200 W+1280 W +1800 W+2100 W+2200 W=11345 W
在普通家庭电路中，2.5 mm2的铜电线是最常见的选择，此类电线最大能承载5000 W功率电器[2]。一般家庭电路中如空调会有独立的线路，但即便把空调排除在外，其他剩余的用电器的功率总和也会超过电线的最大承载量，从而存在导致家庭电路中电流过大，继而引发家庭火灾的风险。
四、防止家庭电路起火的措施
通过前文分析可知，家庭电路起火主要是由于电路电流过大引起，引起电路中电流过大有两个原因：一是电路短路;二是电路中加载的用电器总功率过大。
为了避免家庭电路出现短路，应注意以下几点：
1. 家中不私自乱接电线，并定期检查线路是否完整;导线绝缘层是否出现破损，一旦出现应立即更换;
2. 家庭电路中必须安装保险装置如保险丝或空气开关等;
3. 注意家用电器的使用年限，如国家标准规定电冰箱的安全使用年限是10年，老化的家用电器应及时替换;
4. 常年保持插头、插座干燥，避免水等导电液体溅入。
为防止家庭电路加载电器的总功率过大，可以采取以下措施：
1. 安装电路中的电线时，应充分预计家用电器的总功率，选择合适型号的电线，各种大功率用电器避免同时使用;
2. 特殊大功率用电器应该有独立的线路，安装专门的插座，禁止插座串联使用。
五、总结
家庭电路起火是引发居民火灾最主要的原因，电路起火常常因电路中导体的电流过大而引起。本文通过理论分析，得出电路短路以及加载用电器总功率过大均会导致电路中的电流过大。因此，防止家庭电路短路和避免加载的用电器总功率过大是杜绝电路起火最有效的方法。
参考文献
[1]彭前程;物理九年级全一册;人民教育出版社
[2]熊令;家用电线：那些看不见的“线”;家庭电气化