электричество, вопросы Опции

[Atos]

Давал тут нам физик на протяжении лекций вопросы, которые онбудет задавать как дополнительные на экзамене(который будет в понедельник 16-го). Каверзные такие.
Вот некоторые из них.

1. Почему при трении тела приобретают статический заряд? (А действительно, почему? )
2. Известно, что внутри заряженной полой сферы поле нулевое. Поэтому человек может безопасно находиться внутри большой металлической сферы с очень большим зарядом. А можно ли дотронуться изнутри до сферы? (Никак не пойму, в чём здесь подвох? имхо, с какой стороны не дотрагивайся, всё рано дёрнет током.)

3. Вот тут я не очень хорошо понял формулировку... Короче, можно ли снаружи (не приближаясь к телу) определить, что перед нами - заряженный шар или заряженная сфера? И, аналогично для гравитационного поля - шар с равномерно распределённой массой или сфера?

4.Почему при последовательном соединении конденсаторов (плюс предыдущего с минусов следующего) противоположные заряды не уничтожают друг друга?

5. Можно ли с помощью трансформатора понизить напряжение батарейки?

Буду признателен за идеи, как на эти вопросы отвечать...

[xds]

1. Почему при трении тела приобретают статический заряд? (А действительно, почему? )

Электризация трением известна весьма давно, но ее механизм стал более или менее понятен только в середине ХХ века. В учебниках по физике он не рассматривается, а жаль – материал простой (теперь, когда разобрались) и красивый. Механизм электризации трением таков. Положительные и отрицательные заряды в теле не уравновешены полностью, каких-то всегда больше, и тело имеет свой собственный заряд. Мы этот заряд не наблюдаем, ибо его компенсируют ионы, которые садятся из воздуха на поверхность тела. Если тело потереть, ионная "шкурка" сдирается, компенсация заряда нарушается, и мы можем его обнаружить.

Т. е., само трение играет вспомогательную роль - более важна разница между собственными зарядами тел.

2. Известно, что внутри заряженной полой сферы поле нулевое. Поэтому человек может безопасно находиться внутри большой металлической сферы с очень большим зарядом. А можно ли дотронуться изнутри до сферы? (Никак не пойму, в чём здесь подвох? имхо, с какой стороны не дотрагивайся, всё рано дёрнет током.)

Заряд распределяется по внешней поверхности сферы, стремясь достигнуть наименьшей плотности. Внутренная поверхность металлической сферы будет иметь заряд, близкий к нейтральному. Поэтому не возникнет существенной разности потенциалов между телом человека (также, относительно нейтрально заряженным) и внутренней поверхностью. Поэтому, изнутри дотронуться можно практически всегда. Кроме того, если заряд на сфере статический или меняется сравнительно медленно, то, постепенно "зарядив" себя через проводник с "достаточным" сопротивлением, можно спокойно прикасаться и снаружи (сопротивление проводника выбирается исходся из начальной раности потенциалов между сферой и телом человека - ток при выравнивании зарядов не должен превышать безопасных для здоровья значений - 10-12 мА).

5. Можно ли с помощью трансформатора понизить напряжение батарейки?

Одним лишь транформатором нельзя, т. к. трансорматор работает по своему прямому назначению (см. далее) только в цепи переменного тока (явление электромагнитной индукции во вторичной обмотке может происходить только при изменяющемся магнитном поле, созданном под действием изменяющегося тока в первичной). Но, поместив между батарейкой и трансформатором электронный генератор переменного напряжения, а после транформатора - выпрямитель и фильтр, можно действительно с помощью трансформатора понижать (или повышать) постоянное напряжение. Такой подход активно используется в современной силовой электронике, т. к. импульсные преобразователи напряжения имеют высокий КПД, в то время как при понижении постоянного напряжения обычным делителем (стабилизатором в т. ч.), все "лишние" вольты превращаются в "бесполезные" джоули тепла. Кстати, блок питания Вашего PC представляет собой именно такой преобразователь: 220 В выпрямляются и фильтруются, от получившихся 300 В постоянного напряжения питается импульсный генератор, нагруженный на трансформатор... ну и далее всё по плану. Каверзный ответ: ещё можно использовать обмотку трансформатора как проволочный резистор - т. е. превратить его в "жадный" делитель напряжения (в этом случае ответ на поставленный вопрос - положительный)

Сообщение отредактировано: xds - 13.01.2006 17:17