Для ускорения «тяжелых» заряженных частиц (протоны, ионы) используют высоковольтный электростатический генератор Ван-де-Граффа (см. рисунок).

Заряды переносятся диэлектрической лентой и заряжают высоковольтный сферический электрод. Поверхностные заряды передаются ленте от источника вблизи нижнего шкива. Заряды стекают со сферического электрода через камеру, в которой ускоряются заряженные частицы (на рисунке она условно изображена в виде некоторого нагрузочного сопротивления).

Предположим, что радиус высоковольтного электрода $R=1~м$, скорость движения ленты $v=10~м/с$, а ширина ленты $l=60~см$. Все устройство находится в воздухе, в котором электрический пробой наступает при напряженности электрического поля $E_{пр}=30~кВ/см$.

Найдите:

1 Максимальный ток, который может протекать через нагрузку;

A S

2 Максимальный потенциал высоковольтного электрода;

A S

3 Минимальную (без учета трения) мощность электродвигателя, вращающего шкив ленты, при которой могут быть достигнуты максимальные значения тока и потенциала.

A S

Электрическая постоянная $\varepsilon_{0}=8.85 \cdot 10^{-12}~Ф/м$.