Номер 3, страница 6, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

3. Иногда быстро поднимающийся аэростат загорается в воздухе и неосторожное обращение с огнем не является этому причиной. Чем же объяснить возгорание аэростата?

Решение

Возгорание быстро поднимающегося аэростата, при условии, что неосторожное обращение с огнем исключено, объясняется накоплением статического электричества на его оболочке. Этот процесс можно описать в несколько шагов:

1. Электризация трением. При быстром подъеме огромная поверхность оболочки аэростата интенсивно трется о воздух, а также о находящиеся в нем частицы пыли, капли воды и кристаллы льда. В результате этого трения (трибоэлектрического эффекта) на оболочке накапливается значительный статический электрический заряд.

2. Электрический разряд. Когда величина накопленного заряда достигает критического значения, возникает очень высокая разность потенциалов между различными частями оболочки или между оболочкой и окружающим воздухом. Это приводит к электрическому пробою — мощному искровому разряду.

3. Воспламенение горючего газа. В конструкции ранних аэростатов и дирижаблей в качестве несущего газа часто применяли водород ($H_2$). Водород является очень легким газом, обеспечивающим хорошую подъемную силу, но одновременно он чрезвычайно горюч и образует с кислородом воздуха взрывоопасную (гремучую) смесь. Если в оболочке аэростата имелась утечка, то искра от статического разряда могла легко воспламенить эту смесь, что и становилось причиной возгорания.

Важно заметить, что термодинамический процесс, происходящий с газом внутри аэростата при подъеме, приводит к обратному эффекту. По мере подъема внешнее давление уменьшается, газ внутри оболочки расширяется. Так как подъем быстрый, процесс расширения близок к адиабатическому (протекает без теплообмена с окружающей средой). При адиабатическом расширении газ совершает работу против сил внешнего давления за счет своей внутренней энергии. Согласно первому началу термодинамики, это приводит к уменьшению внутренней энергии газа и, как следствие, к его охлаждению, а не нагреву.

Ответ: Возгорание аэростата объясняется воспламенением его горючего несущего газа (например, водорода) от искры статического электричества. Статический заряд накапливается на оболочке в результате трения о воздух во время быстрого подъема, что при достижении большой величины приводит к электрическому разряду (искре).