Trong một ngày giông bão, xét một đám mây tích điện mang lượng điện tích âm có độ lớn 30 C đang ở độ cao 35 km so với mặt đất. Giả sử đám mây này có dạng đĩa tròn với bán kính 0,8 km; xem như đám mây và mặt đất tương đương với hai bản của một "tụ điện” phẳng với lớp điện môi giữa hai bản là không khí. Cho biết điện dung của tụ điện phẳng có thể được xác định bằng công thức:

$C=\frac{\epsilon S}{4\pi kd}$

Trong đó: $k={9.10}^9\frac{{\text{Nm}}^2}{{\text{C}}^2}$.

$\epsilon$ là hằng số điện môi của lớp điện môi giữa hai bản tụ ($\epsilon \approx 1$ với không khí).

S (m²) là diện tích của bản tụ.

d (m) là khoảng cách giữa hai bản tụ.

a) Xác định giá trị điện dung C của "tụ điện" nói trên.

b) Xác định cường độ điện trường trong khoảng giữa đám mây và mặt đất. Giả sử điện trường trong vùng không gian này là điện trường đều.

a) Điện dung của "tụ điện" là: $C=\frac{\epsilon S}{4\pi kd}=\frac{1\cdot \pi \cdot {\left(0,8\cdot {10}^3\right)}^2}{4\pi \cdot 9\cdot {10}^9\cdot \left(35\cdot {10}^3\right)}\approx 5,1\cdot {10}^{-10}\text{ F}$.

b) Hiệu điện thế giữa hai bản tụ là: $U=\frac{Q}{C}=\frac{30}{5,1\cdot {10}^{-10}}\approx 5,9\cdot {10}^{10}\text{ V}$.

Cường độ điện trường trong khoảng giữa đám mây và mặt đất (giữa hai bản tụ) là:

$E=\frac{U}{d}=\frac{5,9\cdot {10}^{10}}{35\cdot {10}^3}\approx 1,{7.10}^6\text{ V/m}$