Номер 5, страница 423 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 93. Энергия электростатического поля. 15. Энергия электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. Электростатика - номер 5, страница 423.

Условие.

5. Приведите примеры использования энергии электростатического поля.

Решение.

Энергия электростатического поля — это потенциальная энергия, запасенная в системе неподвижных электрических зарядов. Эта энергия может быть преобразована в другие виды энергии (кинетическую, световую, тепловую) и использована в различных устройствах и технологиях. Наиболее ярким примером устройства, накапливающего энергию электростатического поля, является конденсатор. Энергия, запасенная в конденсаторе, вычисляется по формуле $W = \frac{CU^2}{2}$, где $C$ – электроёмкость, а $U$ – напряжение.

Ниже приведены примеры использования энергии электростатического поля:

1. Конденсаторы в электронных устройствах. Конденсаторы накапливают энергию в электростатическом поле между своими обкладками и могут очень быстро её отдавать. Это свойство используется в:
• Фотовспышках: конденсатор заряжается от батареи, а затем мгновенно разряжается через газоразрядную лампу, создавая яркую вспышку света. Энергия поля преобразуется в световую и тепловую.
• Дефибрилляторах: в этих медицинских приборах конденсатор большой ёмкости накапливает значительную энергию, которая затем подается в виде мощного короткого импульса на сердце пациента для восстановления нормального ритма.
• Блоках питания: в выпрямителях переменного тока конденсаторы сглаживают пульсации напряжения, запасая энергию, когда напряжение на пике, и отдавая её, когда напряжение падает.
• Импульсных источниках питания и лазерах: для создания мощных кратковременных импульсов энергии.

2. Электростатические фильтры (электрофильтры). Они используются для очистки газов от пыли и других твердых частиц, например, в дымовых трубах на заводах и ТЭЦ. Сильное электростатическое поле ионизирует частицы дыма, сообщая им электрический заряд. Затем энергия поля совершает работу по перемещению этих заряженных частиц к осадительным электродам, где они и собираются, очищая таким образом выходящий газ.

3. Ускорители заряженных частиц. В линейных и циклических ускорителях (например, в Большом адронном коллайдере) электростатическое поле используется для разгона протонов, электронов и других заряженных частиц до огромных скоростей. Потенциальная энергия частиц в поле преобразуется в их кинетическую энергию, когда поле совершает работу над частицами.

4. Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). В старых телевизорах и осциллографах энергия электростатического поля использовалась для ускорения и отклонения пучка электронов. Ускоряющее поле разгоняло электроны, а отклоняющие пластины, создавая поле, управляли их траекторией, заставляя рисовать изображение на люминесцентном экране.

5. Струйные принтеры. В некоторых моделях струйных принтеров мельчайшие капельки чернил получают электрический заряд, а затем пролетают через электростатическое поле, создаваемое отклоняющими пластинами. Энергия поля используется для управления траекторией капель, точно направляя их на бумагу для формирования текста или изображения.

6. Электростатическая покраска. Частицам краски придается электрический заряд, а окрашиваемая деталь заземляется (или заряжается противоположно). Силы электростатического поля притягивают частицы краски к детали. Это позволяет наносить краску более равномерно и с меньшими потерями, так как поле "направляет" краску даже на обратную сторону детали.

Ответ: Энергия электростатического поля используется в конденсаторах (фотовспышки, дефибрилляторы, блоки питания), электростатических фильтрах для очистки воздуха, ускорителях заряженных частиц, струйных принтерах, электростатической покраске и ранее использовалась в электронно-лучевых трубках.