Номер 2, страница 112 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

2. Как увеличить полезное действие статического электричества?

Понятие «полезное действие» применительно к статическому электричеству следует понимать не как коэффициент полезного действия (кпд) в термодинамическом смысле, а как эффективность его практического применения. Статическое электричество используется во многих технологиях (ксерография, электростатическая покраска, очистка газов), и его «полезное действие» — это степень, с которой достигается желаемый результат (например, качество копии или чистота воздуха). Увеличить эту эффективность можно несколькими основными способами.

Основные способы увеличения полезного действия статического электричества:

• Увеличение величины накопленного заряда ($Q$).

  Сила электростатического взаимодействия прямо пропорциональна величине зарядов. Сила, действующая на заряженную частицу в электрическом поле, определяется формулой $F = qE$. Чем больше заряд $q$ на частице (например, капельке краски или частице тонера), тем сильнее она будет притягиваться к поверхности. Накопить больший заряд можно:

  • Используя материалы, находящиеся далеко друг от друга в трибоэлектрическом ряду. При их трении или контакте происходит более эффективное разделение зарядов.
  • Увеличивая площадь и силу контакта соприкасающихся поверхностей.
  • В устройствах вроде генератора Ван де Граафа — увеличивая скорость движения диэлектрической ленты, переносящей заряд.

• Увеличение напряженности электрического поля ($E$).

  Напряженность поля определяет силу, действующую на заряд. Увеличить напряженность можно:

  • Повышая разность потенциалов (напряжение) между электродами. Например, в электростатических фильтрах для очистки воздуха используют напряжение в десятки киловольт.
  • Оптимизируя геометрию электродов. Напряженность поля максимальна у поверхностей с малым радиусом кривизны (на остриях). Это свойство используется в ионизаторах и электростатических распылителях для создания коронного разряда, который эффективно заряжает частицы в воздухе или краску.

• Уменьшение утечки заряда.

  Статические заряды могут быстро стекать с наэлектризованных тел, особенно в проводящей среде. Чтобы сохранить заряд и использовать его, необходимо:

  • Использовать качественные изоляторы для крепления заряженных элементов конструкций.
  • Контролировать влажность воздуха. Сухой воздух является хорошим диэлектриком, тогда как влажный воздух способствует быстрой утечке заряда, так как молекулы воды, оседая на поверхностях, создают тончайшую проводящую пленку. Поэтому для усиления электростатических эффектов часто работают в условиях низкой влажности.

• Использование свойств окружающей среды.

  Электрическая прочность среды (ее способность выдерживать высокое напряжение без пробоя) играет ключевую роль. Чтобы достичь высоких напряжений без искрового разряда, который рассеивает накопленную энергию, можно:

  • Заполнить пространство между электродами газом с высокой электрической прочностью (например, элегазом — гексафторидом серы $SF_6$) и под высоким давлением. Это применяется в высоковольтных установках, включая некоторые модели генераторов Ван де Граафа.

Ответ: Чтобы увеличить полезное действие статического электричества, необходимо: 1) увеличивать величину накапливаемого заряда (например, за счет подбора материалов); 2) создавать электрические поля высокой напряженности (путем повышения напряжения или использования электродов-острий); 3) предотвращать утечку заряда (используя хорошие изоляторы и поддерживая низкую влажность воздуха); 4) повышать электрическую прочность среды для достижения более высоких напряжений без пробоя.