Номер 908, страница 120 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

41. Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. Электрический ток в газах. Глава X. Электрический ток в различных средах. Электродинамика - номер 908, страница 120.

Условие.

908. Молния представляет собой прерывистый разряд, состоящий из отдельных импульсов длительностью примерно 1 мс. Заряд, проходящий по каналу молнии за один импульс, равен 20 Кл, а среднее напряжение на концах канала равно 2 ГВ. Какова сила тока и мощность одного импульса? Какая энергия выделяется при вспышке молнии, если она состоит из 5 разрядов?

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

Дано:

Длительность одного импульса, $t = 1 \text{ мс}$

Заряд одного импульса, $q = 20 \text{ Кл}$

Среднее напряжение, $U = 2 \text{ ГВ}$

Количество разрядов (импульсов) во вспышке, $n = 5$

Перевод в систему СИ:

$t = 1 \text{ мс} = 1 \cdot 10^{-3} \text{ с}$

$U = 2 \text{ ГВ} = 2 \cdot 10^{9} \text{ В}$

Найти:

Сила тока одного импульса, $I - ?$

Мощность одного импульса, $P - ?$

Энергия вспышки молнии, $W_{общ} - ?$

Решение:

Сила тока и мощность одного импульса

Сила тока $I$ определяется как заряд $q$, прошедший через поперечное сечение проводника за единицу времени $t$. Для одного импульса молнии:

$I = \frac{q}{t}$

$I = \frac{20 \text{ Кл}}{1 \cdot 10^{-3} \text{ с}} = 20 \cdot 10^3 \text{ А} = 20 \text{ кА}$

Мощность $P$ электрического тока можно найти как произведение напряжения $U$ на силу тока $I$:

$P = U \cdot I$

$P = (2 \cdot 10^9 \text{ В}) \cdot (20 \cdot 10^3 \text{ А}) = 40 \cdot 10^{12} \text{ Вт} = 40 \text{ ТВт}$

Ответ: сила тока одного импульса равна $20 \text{ кА}$, а мощность — $40 \text{ ТВт}$.

Энергия, выделяемая при вспышке молнии

Сначала найдем энергию $W_1$, которая выделяется за один импульс (разряд). Энергия равна произведению мощности на время или произведению напряжения на заряд:

$W_1 = U \cdot q$

$W_1 = (2 \cdot 10^9 \text{ В}) \cdot (20 \text{ Кл}) = 40 \cdot 10^9 \text{ Дж} = 40 \text{ ГДж}$

Поскольку вспышка молнии состоит из $n=5$ таких разрядов, общая выделившаяся энергия $W_{общ}$ будет в 5 раз больше энергии одного разряда:

$W_{общ} = n \cdot W_1$

$W_{общ} = 5 \cdot (40 \cdot 10^9 \text{ Дж}) = 200 \cdot 10^9 \text{ Дж} = 200 \text{ ГДж}$

Ответ: энергия, выделяемая при вспышке молнии, равна $200 \text{ ГДж}$.