Теоретическое исследование, страница 139 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 8. Строение атома. Элементы классической электронной теории. Параграф 38. Проводники в электрическом поле. Вопросы - страница 139.

Условие.

Теоретическое исследование

Земной шар имеет отрицательный заряд, равный по модулю примерно 300 000 Кл. Слои ионизированного атмосферного воздуха — ионосфера, находящаяся над Землёй, имеет такой же по абсолютному значению положительный заряд. В целом наша планета электрически нейтральна. У поверхности Земли модуль напряжённости электрического поля примерно равен 130 В/м. С увеличением высоты над поверхностью Земли электрическое поле ослабевает. На высоте 50 км модуль напряжённости поля равен около 2 В/м. На этой высоте расположен проводящий слой положительно заряженных (ионизированных) молекул атмосферы.

а) Чему равен модуль электрического заряда ионосферы?

б) Как направлен вектор напряжённости электрического поля Земли относительно её поверхности?

в) Можно ли электрическое поле Земли считать однородным?

Решение.

а)

Дано:

Модуль заряда Земли $|q_{Земли}| = 300 \, 000$ Кл.

Планета в целом электрически нейтральна.

Найти:

Модуль электрического заряда ионосферы $|q_{ионосферы}|$.

Решение:

Согласно условию задачи, Земной шар и ионосфера образуют электрически нейтральную систему. Это означает, что суммарный заряд системы равен нулю. Заряд Земли отрицателен ($q_{Земли} < 0$), а заряд ионосферы положителен ($q_{ионосферы} > 0$). Для нейтральности системы их модули должны быть равны:

$|q_{ионосферы}| = |q_{Земли}|$

Подставляя известное значение, получаем:

$|q_{ионосферы}| = 300 \, 000 \text{ Кл}$

Ответ: модуль электрического заряда ионосферы равен 300 000 Кл.

б)

Решение:

Вектор напряжённости электрического поля $\vec{E}$ по определению совпадает по направлению с силой, действующей на положительный пробный заряд, помещённый в это поле. Поскольку Земной шар имеет отрицательный заряд, он будет притягивать к себе положительный пробный заряд. Следовательно, вектор напряжённости электрического поля Земли направлен к её центру. Относительно поверхности Земли это направление является перпендикулярным (вертикально вниз) в каждой точке.

Ответ: вектор напряжённости электрического поля Земли направлен перпендикулярно её поверхности, к центру Земли (вертикально вниз).

в)

Дано:

Напряжённость поля у поверхности Земли $E_1 = 130$ В/м (на высоте $h_1 = 0$ км).

Напряжённость поля на высоте $h_2 = 50$ км, $E_2 = 2$ В/м.

Перевод в СИ:

$h_1 = 0$ м.

$h_2 = 50 \text{ км} = 50 \cdot 10^3 \text{ м}$.

Найти:

Является ли поле однородным?

Решение:

Электрическое поле считается однородным, если вектор его напряжённости $\vec{E}$ постоянен по модулю и направлению во всех точках пространства. В условии задачи даны значения модуля напряжённости на разных высотах: у поверхности Земли $E_1 = 130$ В/м и на высоте 50 км $E_2 = 2$ В/м. Так как $E_1 \neq E_2$, модуль напряжённости поля изменяется с высотой. Кроме того, как было определено в пункте б), направление вектора напряжённости в разных точках пространства различно (векторы направлены к центру Земли, то есть не параллельны друг другу). Следовательно, электрическое поле Земли не является однородным.

Ответ: нет, электрическое поле Земли нельзя считать однородным, так как его напряжённость изменяется с высотой.