Как можно рассчитать силу тока, которую Земля принимает от Солнечного ветра, если известно, что вблизи Земли концентрация протонов составляет n=8,7*10^-6 м^-3, а их скорость V=470 км/с?

Физика 11 класс Электрический ток и его свойства расчет силы тока земля солнечный ветер концентрация протонов скорость протонов Новый

Чтобы рассчитать силу тока, которую Земля принимает от Солнечного ветра, мы можем использовать формулу для силы тока, которая выражается через плотность заряда, скорость и площадь поперечного сечения.

Шаги решения:

1. Определение плотности заряда:

   Солнечный ветер состоит в основном из протонов, которые имеют заряд, равный элементарному заряду (e ≈ 1,6 * 10^-19 Кл). Плотность заряда (ρ) можно найти, умножив концентрацию протонов (n) на заряд одного протона:

   ρ = n * e, где n = 8,7 * 10^-6 м^-3.

2. Подсчет плотности заряда:

   Теперь подставим известные значения:

   ρ = 8,7 * 10^-6 м^-3 * 1,6 * 10^-19 Кл ≈ 1,39 * 10^-24 Кл/м³.

3. Определение силы тока:

   Сила тока (I) может быть найдена по формуле:

   I = ρ * A * V, где:

   • ρ - плотность заряда (Кл/м³),
   • A - площадь поперечного сечения, через которую проходит поток (м²),
   • V - скорость частиц (м/с).
4. Выбор площади поперечного сечения:

   Площадь поперечного сечения, через которую проходит солнечный ветер, можно принять равной площади круга, радиус которого равен радиусу Земли (примерно 6,4 * 10^6 м). Площадь A рассчитывается по формуле:

   A = π * R², где R - радиус Земли.

   A ≈ 3,14 * (6,4 * 10^6)² ≈ 1,28 * 10^{14} м².

5. Подсчет силы тока:

   Теперь подставим все значения в формулу для силы тока:

   Сначала переведем скорость из км/с в м/с: V = 470 км/с = 470000 м/с.

   Теперь подставим все известные значения:

   I ≈ 1,39 * 10^-24 Кл/м³ * 1,28 * 10^{14} м² * 470000 м/с.

   После вычислений получим:

   I ≈ 8,55 * 10^-6 А.

Таким образом, сила тока, которую Земля принимает от Солнечного ветра, составляет примерно 8,55 микроампер.