Номер 4, страница 112 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

4. Почему между ремнём и шкивом, на который он надет, во время работы иногда проскакивает искра?

4. Решение

Появление искры между ремнём и шкивом во время работы объясняется явлением электризации трением, также известным как трибоэлектрический эффект. Процесс можно разбить на несколько этапов:

1. Электризация при трении. Ремень и шкив, как правило, изготовлены из разных материалов (например, ремень из резины, а шкив из металла). При движении ремня по шкиву происходит их интенсивное соприкосновение и трение. В результате этого взаимодействия электроны переходят с поверхности одного тела на поверхность другого. Одно тело (например, шкив) теряет электроны и заряжается положительно, а другое (ремень) приобретает такое же количество электронов и заряжается отрицательно.

2. Накопление заряда. Материал ремня обычно является диэлектриком (изолятором), что препятствует свободному стеканию с него электрического заряда. В результате заряд накапливается на поверхности ремня. Металлический шкив, соединенный с остальным механизмом, также может накапливать заряд, особенно если вся установка плохо заземлена.

3. Создание электрического поля. Накопление разноимённых зарядов на ремне и шкиве приводит к возникновению между ними сильного электрического поля и большой разности потенциалов (напряжения).

4. Электрический пробой воздуха. Воздух, находящийся в зазоре между ремнём и шкивом, является диэлектриком. Однако любой диэлектрик имеет предел электрической прочности — максимальную напряжённость поля, которую он может выдержать, не становясь проводником. Когда напряжённость электрического поля, созданного зарядами, превышает электрическую прочность воздуха (для сухого воздуха при атмосферном давлении это значение составляет около $3 \cdot 10^6$ В/м), происходит его электрический пробой. Молекулы воздуха ионизируются, и он на короткое время становится проводящей средой.

5. Искра. Электрический пробой воздуха представляет собой быстрый электрический разряд, в ходе которого накопленные заряды нейтрализуются. Этот разряд сопровождается ярким свечением ионизированного газа, которое мы и наблюдаем как искру.

Ответ: Искра между ремнём и шкивом возникает в результате электризации трением. При движении ремня по шкиву на их поверхностях накапливаются противоположные по знаку статические электрические заряды. Когда величина этих зарядов и, соответственно, разность потенциалов между ремнем и шкивом достигают критического значения, происходит электрический пробой воздуха в зазоре между ними, который наблюдается в виде искры.