عمليات الكهربة: ما هي ، أنواعها ، تمرينها

عمليات الكهربة هي الظواهر التي الإلكترونات تنتقل من جسد لآخر بسبب اختلاف مقدار الشحنات الكهربائية الموجودة بين جسمين أو أكثر ، أو حتى عن طريق الحصول على الطاقة من احتكاك بين الجثث.

هناك ثلاثة أنواع من عمليات الكهربة ، وهي: الاحتكاك والتلامس والحث. يعد فهم كيفية حدوث هذه العمليات ، من خلال تعريفاتها وكذلك من خلال أداء التمارين ، جزءًا أساسيًا من دراسة والليتروستاتيك - من أبرز مجالات الفيزياء بين محتويات الفيزياء في امتحان الثانوية العامة القومي (Enem).

نرى أيضا: نصائح حول ما يجب دراسته لأسئلة فيزياء العدو

ما هي الكهرباء؟

الكهربة هي عملية تحويل الجسم المحايد كهربائيًا إلى جسم مشحون كهربائيًا. الأجسام المحايدة هي تلك التي لها نفس القدر من البروتونات و الإلكترونات، لأن هذه هي الجسيمات دون الذرية التي تتمتع بشحنة كهربائية.

تتكون جميع عمليات الكهربة من سحب أو إمداد الجسم بالإلكترونات. لا يمكن قول الشيء نفسه عن البروتونات ، لأنها محاصرة في نواة ذرية، لا يمكن حملها بين ذرة وأخرى. هكذا، عندما يستقبل الجسم المحايد إلكترونات ، تصبح شحنته سالبة.، على العكس ، عندما تفقد الإلكترونات ، تصبح شحنتها موجبة.

انهم موجودين

ثلاثة أشكال مميزة للكهرباء: عن طريق الاحتكاك والتلامس والاستقراء. في هذه المقالة ، سنناقش كل واحد منهم بالتفصيل ، بدءًا من الأول.

في الشكل ، تم كهربة البالون بالاحتكاك ثم تجذب قطعًا صغيرة من الورق.

كهربة الاحتكاك

تحدث الكهرباء عن طريق الاحتكاك بشكل أساسي عندما يتم فرك جسمين عازلين أو أكثر ببعضهما البعض. تعطي عملية فرك الأجسام طاقة للإلكترونات في هذه المواد. تنجذب الإلكترونات من المواد العازلة عادةً بقوة إلى نوى ذراتها ، لذا فهي بحاجة إلى طاقة إضافية للقفز من جسم إلى آخر.

أثناء الكهربة الاحتكاكية ، يفقد أحد الأجسام الإلكترونات ويكسب الآخر إلكترونات. بهذه الطريقة ، في نهاية العملية ، سيكون لدى الهيئتين أحمال متساوية ولكن من علامات معاكسة.

لن يتم كهربة جميع الأجسام عند فركها ، ولمعرفة أي أزواج من المواد ، عند فركها ، تصبح مكهربة ، فمن الضروري معرفة تقارب كهربائي، حيث توجد مواد تميل إلى اكتساب الإلكترونات ، ولكن هناك أيضًا من "يفضل" فقدانها. يتم وصف هذا التقارب تجريبيًا بواسطة جدول يُعرف باسم سلسلة كهرباء الاحتكاك.

ال سلسلة كهرباء الاحتكاك يفصل بين المواد المختلفة وفقًا لميلها لاكتساب أو فقدان الإلكترونات. على الطاولة|1| أدناه ، على سبيل المثال ، أولالمواد، في الجزء العلوي من ذلك ، هم أولئك الذين يميلون إلى الاستحواذ الأحمالإيجابي عندما يفرك ، أي أنهم يميلون إلى تخسرالإلكترونات. أنت أحدث المواد، بدورها ، هي تلك التي تميل إلى امتصاص الإلكترونات ، وبالتالي فهي موجودة رسوم سلبية بعد فركها ، تحقق من:

مادة

جلد يد الإنسان (جاف وغير دهني)

زجاج

شعر بشري جاف وخالي من الدهون

أكريليك

هناك

الورق (الكبريتيت ، المناديل الورقية ، الورق المستخدم في تجفيف الأيدي ، إلخ.)

بالون المطاط المتضخم

البلاستيك PVC ، PP ، الفينيل (القش ، الأكياس البلاستيكية ، البطانات البلاستيكية ، إلخ)

تفلون

لمعرفة المواد المتوافقة ، أي التي ستكهرب عند فركها ، يجب علينا ذلك اختر الأبعد عن بعضها في الجدول ، مثل الأخير والأول ، حسب مثال. من خلال القيام بذلك ، نتأكد من أن أحد العناصر يمتص الإلكترونات الصادرة عن العنصر الآخر الذي يُفرك به.

كهربة عن طريق الاتصال

تتكون كهربة الاتصال من جعل جسمين موصلين على اتصال ، بشرط أن يكون أحدهما على الأقل محملاً مسبقًا. يحدث هذا النوع من الكهرباء في أغلب الأحيان بين الموادالموصلات، لأن الإلكترونات الموجودة فيها حرة وبالتالي فهي موهوبة تنقل رائع. بهذه الطريقة ، لا حاجة إلى طاقة إضافية لجعلها تقفز من جسم إلى آخر.

عندما اثنين أجسام موصلة متطابقة واللمس المشحون كهربائيًا ، تنتقل الإلكترونات من جسم إلى آخر حتى تتساوى الشحنات الكهربائية لكليهما. بهذه الطريقة ، إذا أردنا معرفة الشحنة النهائية بينهما ، نحتاج فقط إلى القيام بـ المتوسط ​​الحسابي من الأحمال:

المعادلة السابقة هي صالح فقط للحالة حيث هيئتان متطابقتان موصلة على اتصال ، إذا كانت القضية المعنية تتعلق بالاتصال المتزامن بين n من الهيئات ، فيجب أخذ عدد الجثث في الاعتبار ، والتحقق من:

أخيرًا ، إذا كانت الجثث من مقاسات مختلفة، يجب أن ندرك أنه ستكون هناك حركة للإلكترونات فقط طالما كانت موجودة التباينات المحتملة فيما بينها ، وبالتالي ، سيتوقف مرور الإلكترونات عندما الجهد الكهربائي هو نفسه لكل منهم.

النظر في اثنين من المجالات الموصلة A و B ، من أنصاف أقطار مختلفة ، يرمز إلى R_ال و ر_ب. في الشكل التالي ، نعرض ملف صيغة الجهد الكهربائي من كل من هذه المجالات ، ثم نقوم بمطابقتها حتى نحصل على الصيغة التي تسمح لنا بحساب شحنة كهربائية في هذه المجالات بعد الاتصال بينهما، راقب:

س_ال وس_ب - الشحنة الكهربائية للجسم أ و ب

ص_ال و ر_ب- أشعة الجثث A و B

يو_ال أنا_ب- الجهد الكهربائي للهيئتين A و B

كهربة الحث

التعريفي الكهربائي يتكون من إحضار جسم مشحون سابقًا ، يسمى محث ، أقرب إلى جسم موصل كهربائيًا محايدًا ، يسمى مستحث ، بحيث يتسبب وجود شحنات المحرِّض في تحريك الإلكترونات في الجسم المستحث داخله ، مما يتسبب في حدوث أ الاستقطاب من الأحمال.

ال استقطاب الرسوم إنه ليس أكثر من فصل بين الشحنات الموجبة والسالبة. عند الاستقطاب ، يظل الجسم المستحث محايدًا ، حيث يحتوي على نفس عدد البروتونات والإلكترونات. وبالتالي ، لكي يصبح هذا الجسم مكهربًا ، من الضروري وجود جسم آخر ، أو حتى وسيلة يمكن من خلالها أن تتدفق الإلكترونات. كقاعدة عامة ، أ أرض، والتي تتكون من توصيل الجسم المستحث بالأرض ، من خلال سلك موصل.

بعد التأريض ، يمكن للإلكترونات الموجودة في جسم المحرك أن تتدفق نحو الأرض أو من الأرض نحو جسم المحرك ، وفقًا لعلامة الشحنات الموجودة في جسم المحرض.

في نبذة مختصرةتتم عملية كهربة الحث في الخطوات التالية:

• الخطوة 1: التقريب بين المحرِّض والمُحضر.
• الخطوة 2: استقطاب أحمال المحرك بسبب تقريب المحرض.
• الخطوه 3: تأريض المحرك ، في وجود المحث ، بحيث يمكن للإلكترونات أن تتدفق من الأرض أو إلى الأرض.
• الخطوة الرابعة: إزالة الأرض.
• الخطوة الخامسة: إزالة محث.

شاهد المزيد: الحث الكهرومغناطيسي - المسؤول عن ظهور التيارات الكهربائية في المواد الموصلة

تمارين على عمليات الكهرباء

السؤال 1) (IF-SP) يوضح الجدول أدناه سلسلة كهرباء الاحتكاك:

فرو الأرنب
زجاج
شعر بشري
ميكا
هناك
جلد القط
الحرير
قطن
العنبر
إيبونيت
البوليستر
البوليسترين
بلاستيك

من خلال هذه السلسلة ، من الممكن تحديد الشحنة الكهربائية التي تكتسبها كل مادة عند حكها بأخرى. يصبح الستايروفوم ، عند فركه بالصوف ، مشحونًا سلبًا.

الزجاج ، عند فركه بالحرير ، سيتم شحنه:

أ) إيجابيا ، حيث اكتسب البروتونات.

ب) إيجابيا ، لأنها فقدت الإلكترونات.

ج) سلبا ، حيث اكتسبت الإلكترونات.

د) سلبا ، لأنها فقدت البروتونات.

هـ) بدون شحنة كهربائية ، حيث يستحيل كهربة الزجاج.

استجابة: حرف الباء

الدقة:

نظرًا لأن الزجاج يظهر قبل الحرير في سلسلة كهرباء الاحتكاك ، فإنه يميل إلى الحصول على شحنات كهربائية موجبة أكثر من الحرير ، لذلك فإن البديل الصحيح هو الحرف ب.

السؤال 2) (IF-SP) البرق عبارة عن تفريغ كهربائي عالي الكثافة يربط سحب العاصفة بالجو والأرض. تبلغ شدة البرق النموذجية 30000 أمبير ، أي حوالي ألف مرة من شدة الدش الكهربائي ، وتنتقل الأشعة عبر مسافات تصل إلى 5 كيلومترات.

(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. تم الوصول إليه بتاريخ: 10.30.2012.)

أثناء العاصفة ، تقترب سحابة موجبة الشحنة من مبنى به مانع صواعق ، كما هو موضح في الشكل التالي:

وبحسب البيان ، يمكن القول أنه عند إنشاء تفريغ كهربائي في مانع الصواعق ،

أ) تمر البروتونات من السحابة إلى مانعة الصواعق.

ب) تمر البروتونات من مانعة الصواعق إلى السحابة.

ج) تمر الإلكترونات من السحابة إلى مانعة الصواعق.

د) تمر الإلكترونات من مانعة الصواعق إلى السحابة.

ه) تنتقل الإلكترونات والبروتونات من جسم إلى آخر.

استجابة الحرف د

الدقة:

نظرًا لأن السحابة مشحونة بشحنات موجبة ، فإنها تحفز حركة الإلكترونات من الأرض ، في اتصال مع مانعة الصواعق ، نحو السحابة ، لأنه ، كما نعلم ، لا يتم توصيل الشحنات الموجبة ، لذا فإن البديل الصحيح هو الحرف د.

السؤال 3) (ماكنزي) يتم وضع كرة معدنية مكهربة ، بشحنة كهربائية تساوي -20.0 درجة مئوية ، على اتصال مع كرة أخرى متطابقة محايدة كهربائيًا. بعد ذلك ، يتم وضع الكرة مقابل كرة أخرى مماثلة ، مكهربة بشحنة كهربائية تساوي 50.0 μC. بعد هذا الإجراء ، يتم فصل الكرات.

الشحنة الكهربائية المخزنة في الكرة ، في نهاية هذه العملية ، تساوي:

أ) 20.0 درجة مئوية

ب) 30.0 درجة مئوية

ج) 40.0 درجة مئوية

د) 50.0 درجة مئوية

ه) 60.0 درجة مئوية

استجابة: الحرف ا

الدقة:

يتحدث البيان عن عمليتين للكهرباء عن طريق التلامس ، كلاهما يشتمل على هيئتين ، لذلك سنقوم بحساب الشحنة في نهاية كل عملية ، والتحقق من:

بإضافة الشحنات الكهربائية وقسمتها على كل من التلامس ، نجد أن الشحنة النهائية يجب أن تكون 20.0 درجة مئوية ، لذا فإن الإجابة الصحيحة هي الحرف أ.

درجات

|1| الجدول مأخوذ من: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm

بقلم رافائيل هيلربروك
مدرس الفيزياء

مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm