Механізм блискавки асимілюється до розряду конденсатора 2007 року

Блискавковий механізм, асимільований розрядом конденсатора 2007 рік конкурс техніки погоди .

Продовжуючи переглядати цей веб-сайт, ви приймаєте використання файлів cookie пропонуючи вам рекламу, пристосовану до ваших центрів інтересів

Вивчення заряду і розряду конденсатора ємністю С.

Електрична схема, що подана нижче, дозволяє здійснювати заряд і розряд конденсатора через омічний провідник опору R.

блискавки

У якому положенні повинен бути замкнутий перемикач K для здійснення заряду ?

( 1 ): конденсатор знаходиться послідовно з генератором напруги.

У якому положенні повинен бути замкнутий перемикач K для здійснення розряду ? ( 2 )

Покажіть, що в кінці розряду, коли стабільний стан досягнуто, напруга на конденсаторі дорівнює Е .

У стаціонарному режимі інтенсивність струму дорівнює нулю; тоді напруга на резисторі R дорівнює UR = RI = R * 0 = 0.

Встановіть диференціальне рівняння, перевірене напругою UC під час розряду .

Аддитивність напруг: 0 = UC + UR з UR = Ri; qA = CUC.

i = d qA dt = С d UC dt

Вивести UC (t) щодо часу: dUC/dt = - l Eexp (- l t)

Звіт у диференціальному рівнянні: E exp (- l t) + RC (- l E) exp (- l t) = 0

Ця рівність перевіряється незалежно від часу t, якщо: RC (- l) = -1;

l = 1 RC
Наведено криві, що надають форму варіацій як функцію часу інтенсивності i (t) та напруги UC (t) під час зарядки та розрядки для E = 4V, R = 1000 Ом та C = 5 мікрофарад.

Визначте ці криві, обґрунтувавши .

малюнок 2а : збільшення експоненціального прагнення до асимптоти E = 4 V.

Це напруга на конденсаторі під навантаженням.

малюнок 2b : зменшення експоненціальної тенденції до нуля.

Початкове значення 4 В перевіряє безперервність напруги на конденсаторі

Це напруга на розрядному конденсаторі.

малюнок 2г : зменшення експоненціальної тенденції до нуля.

Початкове значення 4 мА відповідає E/R = 4/1000, початкова інтенсивність

Це інтенсивність струму зарядки.

малюнок 2в : збільшення експоненціальної тенденції до нуля.

Початкове значення -4 мА відповідає -E/R = -4/1000, початкова інтенсивність.

Ми помічаємо розрив інтенсивності та зміну напрямку струму розряду порівняно із струмом заряду.

Це інтенсивність струму розряду.

Дотична до початку координат, нанесена пунктирними лініями для кожної з цих кривих, дає змогу вивести величину, зазначену т характеристика ланцюга.

Яке ім’я ми даємо т ? постійна часу .

Визначте графічно т .

Дайте вираз т залежно від параметрів схеми . Обчисліть його і порівняйте із знайденим вище значенням .

т = RC =1000 * 5 10 -6 = 5 10 -3 с
Ці два значення узгоджуються.

л = 1 т

Під час грози в хмарі купчасто-дощового типу бурхливі висхідні повітряні потоки спричиняють зіткнення частинок води та появу позитивних та негативних зарядів. Заряди протилежних знаків розділяються: основа хмари заряджена негативно, а верхня частина - позитивно. При цьому грунт заряджається позитивно під впливом.

Таким чином формується гігантський конденсатор ємністю C = 10 нФ, один якор якого є землею (позитивна арматура A), а інший - основою хмари (негативна арматура B) Тоді напруга між цими арматурами становить E = 100 МВ.

Складіть схему, що ілюструє ситуацію, описану вище .

Блискавка відповідає розряду цього конденсатора через повітря, повітря асимілюється до омічного провідника опору R.

Пік струму був відмічений на металевому провіднику, ураженому блискавкою. Крива, що представляє зміни інтенсивності, наведена нижче:

Інтенсивність i (t) може бути представлена ​​у вигляді i (t) = -i0 exp (- l t).

Яке значення i0 ? 20000 А .

Покажіть, що ми маємо:

i0 = E R
У дату t = 0 ми виражаємо напругу на конденсаторі двома різними способами:

UC = E і UC = Ri0 з R електричним опором повітря між підкріпленнями.

Виведіть значення R при ударі блискавки .

E = 100 МВ = 100 * 10 6 В = 10 8 В.

R = E i0 = 10 8 20000 = 5000 Ом .
Графічно визначте значення т; Виведіть R і зробіть висновок .

R = т VS = 5 10 -5 10 10 -9 = 5000 Ом .
Два значення, знайдені для R, ідентичні.

3 і частина . Поширення звукової хвилі.

Блискавку супроводжує звукова хвиля: грім. Ця хвиля породжується раптовим розширенням перегрітого повітря (температура може досягати 30000 ° C).

Порівняйте швидкість поширення звуку в повітрі та швидкість поширення світла в повітрі. Висновок. .

300 м/с; швидкість = 3 10 8 м/с.

Спостерігач на деякій відстані сприймає спочатку блискавку, а вже потім звук грому.

Визначте час, який проходить між прицілом блискавки та сприйняттям грому, якщо спостерігач знаходиться в 3 км від місця, де блискавка лопне .

Світло проходить 3 км за незначну тривалість порівняно зі звуком.