下列何種現象對於局部電阻所產生的效應恰與其他三者相反？

本題考點

各種電氣局部發熱現象對電阻的作用方向,辨識何者使該處電阻下降。

正解理由

氧化亞銅增殖、開關接觸不良、半斷線三者都是導電路徑劣化,使該處電阻升高,依焦耳定律 P = I²R 在局部產生異常發熱;金原現象則相反,是有機絕緣材料長期受熱而逐步碳化、石墨化,使原本的絕緣體轉變為具導電性的通路,該處電阻是下降而非上升。作用方向與其他三者相反者為金原現象,故選 D。

逐項排除

1. (A)

   屬電阻上升型。銅導體接觸面氧化生成氧化亞銅(Cu2O)半導體層,接觸電阻升高而發熱,熱又促使氧化亞銅持續增殖,形成惡性回饋。

2. (B)

   屬電阻上升型。開關接點因磨耗、鬆動、積垢或氧化膜使有效接觸面積減少,接觸電阻升高,通電時熱量集中於接點。

3. (C)

   屬電阻上升型。導線素線部分斷裂後由剩餘素線承擔全部電流,該段有效截面積變小、電阻變大,反覆彎折處因而過熱。

4. (D)

   屬電阻下降型,為本題應選者。絕緣材料碳化後形成導電通路,電流沿碳化路徑流動,該處電阻逐步降低。

記憶點

電氣火災的成因在考試上習慣分成兩大群:一群是電流異常(短路、地絡、過負載),一群是局部電阻異常發熱(接觸不良、半斷線、氧化亞銅增殖、積污導電、金原現象)。本題問的正是第二群內部的方向差異,而不是發熱與否——四者都會發熱,差別在於發熱是來自電阻變大還是絕緣變差。

電阻上升型的物理很單純:焦耳定律 P = I²R,電流固定時電阻越大、單位時間發熱越多,而發熱又加速劣化。氧化亞銅增殖是其中最典型的正回饋:銅在約 200℃ 以上與空氣中的氧生成氧化亞銅,這種半導體具有負電阻溫度係數,溫度升高後其自身導電性改善但接觸界面持續增厚,反覆的加熱與氧化使增殖層不斷擴大,最終在無任何過負載的情況下也能達到起火溫度。半斷線的關鍵是有效截面積:七股絞線斷了五股,剩餘兩股承擔全部電流,該處電流密度暴增,常見於反覆彎折的延長線與插頭根部。

電阻下降型則屬絕緣劣化。金原現象指有機絕緣材料在長期低溫加熱下逐漸熱分解,揮發成分散失後留下碳,碳含量提高至一定程度即形成連續的導電路徑,絕緣電阻由數百 MΩ 降到數 kΩ,微小漏電流沿路徑流動並持續加熱,形成不可逆的惡化。易混淆的是積污導電現象(tracking):它發生在絕緣表面,由濕氣與塵埃形成導電膜後產生微小放電,逐步碳化出樹枝狀軌跡,兩者結果相似,但金原現象源於長期受熱、積污導電源於表面污染與吸濕。

相關考點包括火災調查時的痕跡判別:短路痕與熔痕用於判定通電與起火先後,碳化導電路徑則是判定金原現象與積污導電的依據。