Номер 13, страница 120, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Электростатика и постоянный электрический ток. Глава VII. Электростатика. Параграф 38. Работа электрического поля. Разность потенциалов (напряжение) - номер 13, страница 120.

Условие.

°13. Земля является огромным заряженным шаром. Напряжённость поля вблизи поверхности Земли направлена вертикально вниз и составляет $130 \text{ В/м}$. Чему равно напряжение между точками, находящимися на одной вертикали на расстоянии $170 \text{ см}$ друг от друга? Почему мы не ощущаем этого напряжения?

Решение 2.

Чему равно напряжение между точками, находящимися на одной вертикали на расстоянии 170 см друг от друга?

Дано:

Напряжённость электрического поля $E = 130$ В/м
Расстояние между точками $d = 170$ см

$d = 170 \text{ см} = 1.7 \text{ м}$

Найти:

Напряжение $\text{U}$

Решение:

Вблизи поверхности Земли на небольших расстояниях (таких как 1,7 м) электрическое поле можно считать однородным. Связь между напряжённостью однородного электрического поля $\text{E}$ и напряжением (разностью потенциалов) $\text{U}$ между двумя точками, расположенными на расстоянии $\text{d}$ друг от друга вдоль силовой линии, выражается формулой:

$U = E \cdot d$

Подставим числовые значения в формулу, предварительно переведя расстояние в систему СИ:

$U = 130 \frac{\text{В}}{\text{м}} \cdot 1.7 \text{ м} = 221 \text{ В}$

Ответ: Напряжение между точками равно 221 В.

Почему мы не ощущаем этого напряжения?

Человек не ощущает это напряжение по нескольким причинам. Во-первых, человеческий организм реагирует не на напряжение (разность потенциалов) как таковое, а на электрический ток, проходящий через тело. Для возникновения ощутимого тока необходима замкнутая электрическая цепь.

Во-вторых, наше тело является хорошим проводником. Находясь в электростатическом поле Земли, тело человека становится эквипотенциальной поверхностью. Это означает, что потенциал всех точек тела (например, головы и ног) практически одинаков. Свободные заряды в теле перераспределяются так, чтобы скомпенсировать внешнее поле. Следовательно, значительная разность потенциалов к телу не приложена.

В-третьих, воздух является очень хорошим изолятором. Даже при наличии разности потенциалов между точками в воздухе, ток через тело человека не потечет, так как отсутствует замкнутая цепь с низким сопротивлением.

Таким образом, мы не ощущаем это напряжение, потому что для возникновения тока нет замкнутой цепи, и само тело человека, будучи проводником, выравнивает потенциал на своей поверхности.

Ответ: Мы не ощущаем это напряжение, потому что через наше тело не протекает ощутимый электрический ток. Это связано с тем, что тело является проводником и становится эквипотенциальной поверхностью в поле Земли, а также с высоким сопротивлением воздуха, который препятствует созданию замкнутой электрической цепи.