Знакомство с техническими объектами, страница 176 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 10. Электрический ток в газах, вакууме и полупроводниках. Параграф 48. Виды самостоятельного разряда. Плазма. Вопросы - страница 176.

Условие.

Знакомство с техническими объектами

Молниеотвод изобрёл американский учёный Бенджамин Франклин (1706–1790) в 1750 г. Он состоит из молниеприёмника, который принимает разряд молнии, заземляющего проводника, служащего для отвода заряда от молниеприёмника к заземлителю, и заземлителя, который отдаёт заряд земле. Молниеприёмник обычно имеет вид металлического стержня (штыря), заземляющий проводник представляет собой провод большого сечения, заземлитель — металлическую плиту, соприкасающуюся с грунтом. Молниеотвод устанавливают около объектов так, чтобы его остриё находилось выше зданий. Объясните действие молниеотвода, предполагая, что над остриём находится грозовое облако.

Решение.

Решение

Действие молниеотвода основано на явлении электростатической индукции и свойстве электрического поля концентрироваться на остриях проводников.

1. Когда над зданием появляется грозовое облако, которое обычно несет большой отрицательный заряд в своей нижней части, оно наводит (индуцирует) на поверхности земли и на всех находящихся на ней объектах, включая молниеотвод, положительный заряд. Этот процесс называется электростатической индукцией.

2. Согласно законам электростатики, плотность заряда максимальна на участках проводника с наименьшим радиусом кривизны. Молниеприёмник имеет форму острого металлического стержня. Поэтому на его острие индуцированный положительный заряд концентрируется в огромном количестве.

3. Из-за большой концентрации заряда на острие молниеотвода напряженность электрического поля между остриём и облаком становится очень высокой. Это сильное поле вызывает ионизацию молекул воздуха вблизи острия – воздух перестает быть диэлектриком и становится проводящей средой. Возникает так называемый "коронный разряд" или "тихий разряд". Положительные ионы, образовавшиеся в воздухе, устремляются к облаку, а электроны – к острию, что приводит к частичной нейтрализации заряда облака и снижению разности потенциалов между облаком и землей. В некоторых случаях это может предотвратить возникновение молнии.

4. Если же разность потенциалов все равно достигает критического значения (пробивного напряжения для воздуха), возникает молния. Поскольку вокруг острия молниеотвода уже существует ионизированный канал воздуха, он представляет собой путь наименьшего сопротивления для электрического разряда. Поэтому молния с высокой вероятностью ударит именно в молниеотвод, а не в само здание.

5. Приняв на себя разряд, молниеотвод через систему заземляющего проводника (толстого провода) и заземлителя (металлической плиты в грунте) отводит весь огромный электрический заряд безопасно в землю, которая обладает практически бесконечной электрической ёмкостью. Таким образом, здание и находящиеся в нем люди оказываются защищенными от разрушительного действия молнии.

Ответ:

Действие молниеотвода заключается в том, что под действием заряженного грозового облака на его острие накапливается большой индуцированный заряд противоположного знака. Это создает сильное электрическое поле, которое ионизирует воздух вокруг острия, образуя проводящий канал. В результате молния ударяет в молниеотвод, как в точку с наименьшим сопротивлением, и ее заряд безопасно отводится через проводник в землю, защищая здание от повреждения.