Творческое задание, страница 165 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Творческое задание

Подготовьте сообщение по темам (на выбор):

1. «Виды разрядов в природе и технике».

2. «Плазма и ее свойства».

3. «Принцип действия молниеотвода».

4. «Электровакуумные приборы: диод, триод, электронно-лучевая трубка, области их применения».

3. «Принцип действия молниеотвода».

Принцип действия молниеотвода, или громоотвода, основан на законах электростатики и физики плазмы. Его основная задача — защитить здания, сооружения и людей от прямого удара молнии, предоставляя ей безопасный путь в землю.

Во время грозы в облаках происходит разделение электрических зарядов. Как правило, нижняя часть грозового облака заряжается отрицательно, а верхняя — положительно. Этот отрицательный заряд облака наводит (индуцирует) на поверхности Земли и на всех объектах на ней, включая здания, положительный заряд. В результате между облаком и землей возникает гигантское электрическое поле. Когда напряженность этого поля достигает критического значения (около 3 миллионов вольт на метр для сухого воздуха), происходит электрический пробой воздуха — молния.

Молниеотвод состоит из трех основных частей:

1. Молниеприемник — металлическая часть, обычно в виде заостренного стержня, которая устанавливается на самой высокой точке защищаемого объекта.

2. Токоотвод — толстый металлический проводник, соединяющий молниеприемник с заземлителем.

3. Заземлитель — конструкция из металлических проводников, закопанная глубоко в землю и обеспечивающая хороший электрический контакт с ней.

Ключевой аспект работы молниеотвода — это эффект острия. Из электростатики известно, что плотность электрического заряда и, следовательно, напряженность электрического поля $E$ максимальна на участках проводника с наименьшим радиусом кривизны $r$. На остриях радиус кривизны очень мал, что приводит к значительному увеличению напряженности поля по сравнению с плоскими поверхностями. Можно считать, что $E \propto 1/r$.

Благодаря этому, на конце молниеприемника создается настолько сильное электрическое поле, что оно начинает ионизировать молекулы окружающего воздуха. Возникает так называемый коронный разряд. Положительно заряженные ионы воздуха устремляются вверх, к отрицательно заряженному облаку, частично нейтрализуя его заряд, а электроны стекают через молниеотвод в землю. Этот процесс "тихого" разряда может в некоторых случаях даже предотвратить возникновение молнии, снижая разность потенциалов между облаком и землей.

Если же молния все-таки возникает, то она с наибольшей вероятностью ударит в молниеприемник. Это происходит потому, что ионизированный воздух вокруг острия (канал коронного разряда) представляет собой путь с наименьшим электрическим сопротивлением. Таким образом, молниеотвод "притягивает" разряд на себя. Гигантский ток молнии (десятки и сотни тысяч ампер) проходит через молниеприемник, затем по токоотводу и безопасно уходит в землю через заземлитель, не затрагивая конструкцию здания и не вызывая разрушений или пожара.

Таким образом, молниеотвод выполняет две функции: предотвращает возникновение молнии за счет коронного разряда и, если удар неизбежен, предоставляет для него безопасный путь в землю.

Ответ: Принцип действия молниеотвода основан на создании высокой концентрации электрического поля на его острие (эффект острия), что приводит к ионизации воздуха (коронному разряду). Этот процесс либо способствует медленной и безопасной нейтрализации заряда грозового облака, либо, в случае неизбежного удара молнии, создает для нее проводящий канал с низким сопротивлением, отводя электрический ток по специальному проводнику безопасно в землю, минуя защищаемый объект.