Номер 3, страница 184 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 6. Электрические явления. Параграф 46. Проводники и диэлектрики. Задание 43 - номер 3, страница 184.

Условие.

3. Посмотрите внимательно на рисунок 135 и объясните принцип работы молниеотвода. Почему штырь молниеотвода делают обязательно металлическим?

Рис. 135

Решение.

Принцип работы молниеотвода

Принцип работы молниеотвода (или громоотвода) основан на явлении электростатической индукции и свойстве электрического заряда концентрироваться на заостренных частях проводника.
1. Во время грозы происходит электризация облаков, в результате чего их нижняя часть, как правило, приобретает большой отрицательный заряд.
2. Электрическое поле облака вызывает перераспределение зарядов на поверхности Земли под ним (электростатическая индукция). На высоких и особенно на заостренных предметах накапливается положительный заряд, противоположный по знаку заряду облака.
3. Молниеотвод представляет собой высокий металлический стержень с заостренным концом, который устанавливают выше самой высокой точки защищаемого здания. Из-за его формы и высоты на его острие создается электрическое поле очень высокой напряженности.
4. Это сильное поле ионизирует окружающие молекулы воздуха, создавая так называемый коронный разряд. В результате вблизи острия молниеотвода образуется область ионизированного воздуха, которая обладает хорошей электропроводностью. Этот проводящий канал начинает расти в направлении облака.
5. Когда разность потенциалов между облаком и землей достигает пробивного значения, возникает молния. Электрический разряд всегда идет по пути наименьшего сопротивления, которым и является созданный молниеотводом ионизированный канал.
6. Молния ударяет в молниеотвод, и весь гигантский заряд по толстому металлическому проводнику (токоотводу) безопасно уходит в землю через систему заземления. Таким образом, здание оказывается защищенным от разрушения и пожара.

Ответ: Молниеотвод притягивает разряд молнии, создавая для него путь с наименьшим сопротивлением через ионизированный воздух, и безопасно отводит электрический ток в землю, защищая тем самым здание.

Почему штырь молниеотвода делают обязательно металлическим?

Штырь молниеотвода и вся система молниезащиты (токоотвод и заземлитель) должны быть изготовлены из металла, поскольку металлы являются превосходными проводниками электрического тока.
Высокая электропроводность металлов объясняется наличием в их кристаллической решетке большого количества свободных электронов, которые могут легко перемещаться под действием электрического поля, создавая ток.
Это свойство металла является ключевым для двух основных функций молниеотвода:
1. Эффективное накопление индуцированного заряда на острие для создания сильного электрического поля и последующей ионизации воздуха.
2. Обеспечение пути с минимальным электрическим сопротивлением для отвода в землю тока молнии, сила которого может достигать сотен тысяч ампер. Если бы материал имел высокое сопротивление $\text{R}$, то при прохождении тока $\text{I}$ по закону Джоуля-Ленца ($Q = I^2Rt$) выделилось бы колоссальное количество теплоты, которое мгновенно разрушило бы и испарило молниеотвод, что привело бы к пожару.
Использование диэлектриков (например, дерева или пластика) бессмысленно, так как они не проводят электрический ток и не могут выполнить защитную функцию.

Ответ: Штырь молниеотвода делают металлическим из-за высокой электропроводности металлов. Это позволяет создать для молнии путь с низким сопротивлением для безопасного отвода огромного электрического заряда в землю без разрушительного выделения тепла.