Номер 3, страница 25 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Электрические явления. ТЗ-10. Электрический ток - номер 3, страница 25.

Условие.

3. a) Почему человек, оказавшийся в зоне падения высоковольтного провода на землю, должен маленькими шагами выходить из опасной зоны?

б) Почему птицы могут безопасно сидеть на проводах высоковольтных линий электропередачи?

Решение.

а) Почему человек, оказавшийся в зоне падения высоковольтного провода на землю, должен маленькими шагами выходить из опасной зоны?

Решение

Когда высоковольтный провод падает на землю, ток начинает растекаться по поверхности земли от точки контакта. Это создает электрическое поле и, как следствие, разность потенциалов между разными точками на поверхности. Потенциал максимален в месте касания провода и уменьшается по мере удаления от этой точки.

Человек, стоящий на земле, касается ее двумя ногами в разных точках. Из-за наличия электрического поля между этими точками возникает разность потенциалов, которую называют «шаговым напряжением» ($U_{шаг}$). Эта разность потенциалов прикладывается к телу человека (по цепи «нога-нога»), и согласно закону Ома через него начинает протекать ток: $I = \frac{U_{шаг}}{R_{человека}}$, где $R_{человека}$ – сопротивление тела человека.

Величина шагового напряжения напрямую зависит от расстояния между ногами, то есть от ширины шага. Чем шире шаг, тем больше расстояние между точками касания ног с землей, и тем больше разность потенциалов между ними. Большое шаговое напряжение создает опасный для жизни ток.

Чтобы минимизировать опасность, необходимо уменьшить шаговое напряжение. Этого можно достичь, уменьшив расстояние между ногами. Поэтому выходить из опасной зоны следует очень маленькими, семенящими шагами, не отрывая подошвы от земли («гусиным шагом»), или прыжками, держа ноги вместе.

Ответ: Человек должен выходить из зоны падения высоковольтного провода маленькими шагами для того, чтобы минимизировать разность потенциалов между ногами, известную как "шаговое напряжение". Чем меньше расстояние между ногами, тем меньше разность потенциалов и, следовательно, меньше сила тока, проходящего через тело человека, что снижает риск поражения электрическим током.

б) Почему птицы могут безопасно сидеть на проводах высоковольтных линий электропередачи?

Решение

Для протекания электрического тока необходимо наличие замкнутой цепи и разности потенциалов (напряжения) на ее участке.

Когда птица сидит на одном проводе, обе ее лапки находятся на этом проводе на очень малом расстоянии друг от друга. Провод линии электропередачи обладает очень низким сопротивлением. Следовательно, сопротивление короткого участка провода между лапками птицы ничтожно мало ($R_{провода} \approx 0$).

Разность потенциалов (напряжение) между лапками птицы определяется по закону Ома: $U = I \cdot R_{провода}$. Несмотря на то, что ток $\text{I}$ в проводе может быть очень большим, из-за крайне малого сопротивления $R_{провода}$ напряжение $\text{U}$ между лапками оказывается очень маленьким.

Тело птицы, имеющее сопротивление $R_{птицы}$, оказывается подключенным параллельно этому участку провода. Электрический ток всегда течет преимущественно по пути с наименьшим сопротивлением. Поскольку сопротивление тела птицы ($R_{птицы}$) во много раз больше сопротивления участка провода между ее лапками ($R_{провода}$), практически весь ток продолжает течь по проводу. Через тело птицы проходит лишь очень малый ток ($I_{птицы} = \frac{U}{R_{птицы}}$), который не представляет для нее никакой опасности.

Опасно для птицы было бы, если бы она коснулась одновременно провода и заземленного столба или двух разных проводов (например, крылом). В этом случае она бы создала цепь с большой разностью потенциалов, и через ее тело потек бы смертельный ток.

Ответ: Птицы могут безопасно сидеть на проводах, потому что их тело не создает замкнутую электрическую цепь с землей или другим проводом. Обе лапки птицы находятся на одном и том же проводе, и из-за очень малого расстояния между ними разность потенциалов (напряжение) между лапками ничтожно мала. В результате через тело птицы протекает очень слабый, безопасный для нее ток.