Экспериментальное исследование, страница 173 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 10. Электрический ток в газах, вакууме и полупроводниках. Параграф 47. Электрический ток в газах. Вопросы - страница 173.

Условие.

Экспериментальное исследование

К пластинам заряженного конденсатора прикреплены кусочки проволоки (рис. 150). Приблизим концы проволок друг к другу так, чтобы они не соприкасались. При этом можно наблюдать, что угол отклонения стрелки электрометра уменьшается до тех пор, пока стрелка не установится вдоль его стержня. В этом случае электрометр разряжается. Объясните наблюдаемое явление.

Рис. 150

Решение.

Объясните наблюдаемое явление

Изначально на пластинах заряженного конденсатора существует некоторый электрический заряд, что создает разность потенциалов (напряжение) $\text{U}$ между ними. Электрометр, подключенный к пластинам, измеряет эту разность потенциалов, и угол отклонения его стрелки пропорционален напряжению.

К пластинам прикреплены проводники, поэтому та же разность потенциалов $\text{U}$ приложена к их свободным концам. Когда концы проволок сближают на малое расстояние $\text{d}$, в воздушном зазоре между ними возникает очень сильное электрическое поле. Напряженность этого поля $\text{E}$ обратно пропорциональна расстоянию между концами проволок: $E \approx U/d$.

Воздух при нормальных условиях является диэлектриком (изолятором). Однако любой диэлектрик имеет предел электрической прочности — максимальную напряженность электрического поля, которую он может выдержать, не теряя своих изоляционных свойств. Для воздуха это значение составляет примерно $3 \cdot 10^6$ В/м.

При уменьшении расстояния $\text{d}$ между концами проволок напряженность поля $\text{E}$ в зазоре резко возрастает и в некоторый момент превышает электрическую прочность воздуха. Происходит электрический пробой воздушного промежутка. В результате этого процесса молекулы воздуха в зазоре ионизируются, и образуется проводящий канал из плазмы, который мы наблюдаем как электрическую искру (искровой разряд).

Через этот проводящий канал (искру) электрические заряды с одной пластины конденсатора перетекают на другую, что приводит к быстрой разрядке конденсатора. Заряд на пластинах и, соответственно, разность потенциалов между ними уменьшаются до нуля. Электрометр фиксирует это падение напряжения, и его стрелка возвращается в нулевое положение.

Ответ: Наблюдаемое явление объясняется электрическим пробоем воздуха в зазоре между концами проволок. При их сближении напряженность электрического поля возрастает до критического значения, вызывая искровой разряд. Искра создает проводящий канал, по которому конденсатор быстро разряжается, в результате чего разность потенциалов на его пластинах, измеряемая электрометром, падает до нуля.