Номер 3, страница 58 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

3. Какими опытами можно подтвердить диэлектрические свойства воздуха?

Диэлектрические свойства воздуха, то есть его способность быть изолятором электрического тока, можно подтвердить несколькими наглядными опытами.

Опыт с электроскопом

Для проведения этого опыта понадобится электроскоп или электрометр.
1. Зарядим электроскоп, например, прикоснувшись к его шарику наэлектризованной эбонитовой или стеклянной палочкой. Листочки (или стрелка) электроскопа разойдутся на определенный угол, что свидетельствует о наличии на нем электрического заряда.
2. Будем наблюдать за положением листочков. Мы увидим, что они очень медленно опадают. Это означает, что заряд с электроскопа стекает очень медленно.
3. Поскольку электроскоп со всех сторон окружен воздухом, медленная утечка заряда показывает, что воздух плохо проводит электрический ток. Вещества, которые плохо проводят электрический ток, называются диэлектриками (или изоляторами). Если бы воздух был хорошим проводником, листочки электроскопа опали бы практически мгновенно.
Ответ: Данный опыт показывает, что воздух является плохим проводником электрического заряда, то есть обладает диэлектрическими свойствами.

Опыт с плоским воздушным конденсатором

Этот опыт демонстрирует, как воздух в качестве диэлектрика влияет на емкость конденсатора.
1. Возьмем плоский конденсатор, диэлектриком в котором служит воздух между пластинами. Подключим его к источнику напряжения и зарядим.
2. Отключим конденсатор от источника и подключим его к электрометру, который покажет некоторое напряжение $U_1$ между обкладками. Заряд на обкладках конденсатора $q$ при этом остается постоянным.
3. Не разряжая конденсатор, внесем между его пластинами твердый диэлектрик, например, пластину из стекла или оргстекла.
4. Мы увидим, что показания электрометра уменьшатся, то есть напряжение станет равным $U_2$, причем $U_2 < U_1$.
5. Электроемкость конденсатора определяется по формуле $C = q/U$. Поскольку заряд $q$ не изменился, а напряжение $U$ уменьшилось, это означает, что электроемкость конденсатора увеличилась. Это произошло из-за внесения диэлектрика с диэлектрической проницаемостью $\epsilon > 1$. Воздух, который изначально находился между пластинами, также выполнял роль диэлектрика с диэлектрической проницаемостью, близкой к единице ($\epsilon_{возд} \approx 1.0006$).
Ответ: Опыт показывает, что воздух, как и другие диэлектрики, влияет на емкость конденсатора, то есть является диэлектрической средой.

Опыт с электрическим пробоем воздуха

Этот опыт демонстрирует предел диэлектрических свойств воздуха.
1. Возьмем два проводящих электрода, разделенных небольшим воздушным промежутком (например, разрядник).
2. Подключим электроды к источнику очень высокого напряжения (например, к электрофорной машине).
3. Начнем постепенно увеличивать напряжение между электродами. До определенного момента никакого тока через воздушный промежуток протекать не будет. Это подтверждает, что воздух является диэлектриком.
4. При достижении достаточно большой разности потенциалов между электродами проскочит искра — электрический разряд. Это явление называется электрическим пробоем диэлектрика. В момент пробоя воздух ионизируется и на короткое время становится проводником.
5. Напряженность электрического поля, при которой происходит пробой, называется диэлектрической прочностью. Для сухого воздуха при нормальных условиях она составляет примерно $E_{проб} \approx 3 \cdot 10^6$ В/м.
Ответ: Данный опыт доказывает, что воздух является диэлектриком, который может противостоять электрическому полю до определенного предела (диэлектрической прочности), после которого его изолирующие свойства нарушаются.