Elektrifikační procesy jsou jevy, ve kterých elektrony jsou přenášeny z jednoho těla do druhého kvůli rozdílu v množství elektrické náboje existující mezi dvěma nebo více tělesy, nebo dokonce získáváním energie z tření mezi těly.
Existují tři typy elektrifikačních procesů, jsou to: tření, kontakt a indukce. Pochopení toho, jak k těmto procesům dochází, prostřednictvím jejich definic a také prostřednictvím provádění cvičení, je základní součástí studia aletrostatika — jedna z nejvýznamnějších oblastí fyziky mezi obsahem fyziky v Národní zkoušce střední školy (Enem).
Viz také: Tipy, co se naučit na otázky fyziky Enem
Co je elektrifikace?
Elektrifikace je proces proměnit elektricky neutrální tělo v elektricky nabité tělo. Neutrální tělesa jsou ta, která mají stejné množství protony a elektrony, protože se jedná o subatomární částice s elektrickým nábojem.
Všechny procesy elektrifikace se skládají z odebírat nebo dodávat elektrony tělu. Totéž nelze říci o protonech, které, protože jsou uvězněny v
atomové jádro, nemůže být přenášen mezi jedním atomem a druhým. Tím pádem, když neutrální těleso přijímá elektrony, jeho náboj se stává záporným., naopak, když ztratí elektrony, jeho náboj se stane kladným.Existují tři různé formy elektrifikace: třením, kontaktem a indukcí. V tomto článku podrobně probereme každý z nich, počínaje prvním.
třecí elektrifikace
K elektrifikaci dochází především třením když se o sebe třou dvě nebo více izolačních těles. Proces tření těles dodává energii elektronům v těchto materiálech. Elektrony z izolačních materiálů jsou obvykle silně přitahovány k jádrům jejich vlastních atomů, takže k přeskakování z jednoho tělesa na druhé potřebují energii navíc.
Při třecí elektrifikaci jedno z těles elektrony ztrácí a druhé elektrony získává. Tímto způsobem na konci procesu budou mít dvě těla zatížení se stejným modulem, ale s opačnými znaménky.
Ne všechna tělesa budou při tření elektrizovat, abychom věděli, které dvojice materiálů při tření zelektrizují, je nutné znát jejich elektrická afinita, protože existují materiály, které mají tendenci získávat elektrony, ale jsou i takové, které je „raději“ ztrácejí. Tato afinita je empiricky popsána tabulkou známou jako triboelektrická řada.
THE triboelektrická řada odděluje různé materiály podle jejich tendence získávat nebo ztrácet elektrony. na stole|1| níže, například za prvémateriály, na jejím vrcholu jsou ti, kteří mají tendenci získávat zatíženípozitivní při tření, tedy mají tendenci prohrátelektrony. Vy nejnovější materiályjsou zase ty, které mají tendenci pohlcovat elektrony, a tudíž se prezentovat záporné náboje po jejich očištění zkontrolujte:
Materiál |
Kůže lidských rukou (suchá a nemastná) |
Sklenka |
Suché lidské vlasy bez tuku |
Akryl |
Tam |
Papír (siřičitan, ubrousky, papír používaný k osušení rukou atd.) |
Guma nafouknutý balónek |
Plastové PVC, PP, vinyl (sláma, plastové sáčky, pvc obklady atd.) |
teflonové |
Abychom věděli, které materiály jsou kompatibilní, tedy které budou při tření elektrifikovat, musíme vyberte v tabulce ty, které jsou od sebe nejvzdálenější, například poslední a první, podle příklad. Tím zajistíme, že jeden z prvků absorbuje elektrony uvolněné druhým prvkem, se kterým je třen.
Elektrifikace kontaktem
Kontaktní elektrifikace se skládá z uvést dvě vodivá tělesa do kontaktu za předpokladu, že alespoň jedno z nich je předepnuté. K tomuto typu elektrifikace dochází nejčastěji mezi materiálůvodičů, jelikož elektrony v nich jsou volné a tudíž obdařeny velká mobilita. Tímto způsobem není potřeba žádná další energie k tomu, aby skákali z jednoho těla do druhého.
když dva identická vodivá tělesa a elektricky nabitý dotyk, elektrony přecházejí z jednoho těla do druhého, dokud nejsou elektrické náboje obou stejné. Tímto způsobem, pokud chceme vědět, jaký je konečný náboj mezi nimi, musíme to udělat aritmetický průměr z nákladu:
Předchozí rovnice je platné pouze pro případ, kdy dvě identická vodivá tělesa jsou uvedeny do kontaktu, pokud se v daném případě jednalo o současný kontakt mezi n tělesy, je třeba vzít v úvahu počet orgánů, zkontrolujte:
Konečně, pokud jsou těla z různé velikosti, musíme si uvědomit, že pohyb elektronů bude pouze tak dlouho, dokud bude potenciální rozdíl mezi nimi proto průchod elektronů ustane, když se elektrický potenciál je pro každou z nich stejná.
Uvažujme dvě vodivé koule A a B o různých poloměrech, označené RTHE a RB. Na následujícím obrázku ukazujeme vzorec elektrického potenciálu každé z těchto koulí, pak je spárujeme tak, abychom dostali vzorec, který nám umožňuje vypočítat elektrický náboj v těchto sférách po kontaktu mezi nimi, hodinky:
QTHE a QB – elektrický náboj těles A a B
RTHE a RB– paprsky těles A a B
UTHE měB– elektrický potenciál těles A a B
indukční elektrifikace
Indukční elektrifikace se skládá z přivést dříve nabité těleso, nazývané induktor, blíže k elektricky neutrálnímu vodivému tělesu, nazývanému indukované, takže přítomnost induktorových nábojů způsobí, že se elektrony v indukovaném tělese pohybují uvnitř indukovaného tělesa, což způsobuje a polarizace nákladů.
THE polarizace nábojů není to nic jiného než oddělení mezi kladnými a zápornými náboji. Při polarizaci je indukované těleso stále neutrální, protože má stejný počet protonů a elektronů. Aby se toto těleso zelektrizovalo, je nutná přítomnost jiného tělesa nebo dokonce prostředku, kterým mohou elektrony proudit. Zpravidla a přízemní, která spočívá v připojení indukovaného tělesa k zemi pomocí vodiče.
Po uzemnění mohou elektrony přítomné v tělese kotvy proudit směrem k zemi nebo ze země směrem k tělesu kotvy, podle znaménka nábojů přítomných v tělese induktoru.
v abstraktní, proces indukční elektrifikace probíhá v následujících krocích:
- Krok 1: Aproximace mezi induktorem a kotvou.
- Krok 2: Polarizace zatížení kotvy díky aproximaci induktoru.
- Krok 3: Uzemnění kotvy v přítomnosti induktoru, aby elektrony mohly proudit ze země nebo do země.
- Krok 4: Odstranění půdy.
- Krok 5: Vůle induktoru.
Vidět víc: Elektromagnetická indukce – zodpovědná za vznik elektrických proudů ve vodivých materiálech
Cvičení z elektrifikačních procesů
Otázka 1) (IF-SP) Níže uvedená tabulka ukazuje triboelektrické řady:
Králičí srst |
 |
Sklenka | |
Lidský vlas | |
Slída | |
Tam | |
kočičí kůže | |
Hedvábí | |
Bavlna | |
Jantar | |
Ebonit | |
Polyester | |
Polystyren | |
Plastický |
Prostřednictvím této řady je možné určit elektrický náboj získaný každým materiálem při tření s jiným. Styrofoam se při tření s vlnou nabije záporně.
Sklo se po otírání hedvábím nabije:
a) pozitivně, protože získal protony.
b) pozitivně, protože ztratil elektrony.
c) negativně, jelikož získal elektrony.
d) negativně, protože ztratil protony.
e) s nulovým elektrickým nábojem, protože je nemožné, aby sklo bylo elektrizováno.
Zpětná vazba: Písmeno B
Řešení:
Protože sklo se v triboelektrické řadě objevuje před hedvábím, má větší tendenci získávat kladné elektrické náboje než hedvábí, takže správnou alternativou je písmeno b.
Otázka 2) (IF-SP) Blesk je elektrický výboj vysoké intenzity, který spojuje bouřkové mraky s atmosférou a zemí. Typická intenzita blesku je 30 000 ampér, asi tisícinásobek intenzity elektrické sprchy, a paprsky se šíří na vzdálenosti řádově 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Zpřístupněno: 30.10.2012.)
Během bouře se kladně nabitý mrak přiblíží k budově, která má hromosvod, jak je znázorněno na následujícím obrázku:
Dle vyjádření lze říci, že při zřízení elektrického výboje v hromosvodu, resp.
a) protony přecházejí z mraku do hromosvodu.
b) protony přecházejí z hromosvodu do oblaku.
c) elektrony přecházejí z mraku do hromosvodu.
d) elektrony přecházejí z hromosvodu do mraku.
e) přenos elektronů a protonů z jednoho tělesa do druhého.
Zpětná vazba Písmeno D
Řešení:
Protože je mrak nabitý kladnými náboji, indukuje pohyb elektronů od země, v kontaktu se zemí hromosvod směrem k mraku, protože, jak víme, kladné náboje nejsou vedeny, takže správnou alternativou je písmeno D.
Otázka 3) (Mackenzie) Elektrifikovaná kovová koule s elektrickým nábojem rovným -20,0 μC se umístí do kontaktu s jinou identickou elektricky neutrální koulí. Poté se koule přiloží k jiné identické kouli, elektrifikované elektrickým nábojem rovným 50,0 μC. Po tomto postupu se koule oddělí.
Elektrický náboj uložený v kouli na konci tohoto procesu se rovná:
a) 20,0 uC
b) 30,0 uC
c) 40,0 uC
d) 50,0 uC
e) 60,0 uC
Zpětná vazba: Písmeno a
Řešení:
Prohlášení hovoří o dvou procesech elektrifikace kontaktem, přičemž oba zahrnují dvě těla, takže na konci každého procesu provedeme výpočet náboje, zkontrolujte:
Sečtením a dělením elektrických nábojů na každém z kontaktů zjistíme, že konečný náboj by měl být 20,0 µC, takže správná odpověď je písmeno a.
Známky
|1| Tabulka převzata z: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Autor: Rafael Hellerbrock
Učitel fyziky
Zdroj: Brazilská škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm