Elektrificeringsprocesser er fænomener, hvori elektroner overføres fra en krop til en anden på grund af en forskel i mængden af elektriske ladninger eksisterer mellem to eller flere legemer, eller endda ved erhvervelse af energi fra friktion mellem kroppe.
Der er tre typer af elektrificeringsprocesser, de er: friktion, kontakt og induktion. At forstå, hvordan disse processer opstår, gennem deres definitioner såvel som gennem udførelse af øvelser, er en grundlæggende del af studiet af ogletrostatik — et af de mest fremtrædende områder inden for fysik blandt fysikindhold i den nationale gymnasieeksamen (Enem).
Se også: Tips om, hvad du skal studere til Enem-fysikspørgsmål
Hvad er elektrificering?
Elektrificering er processen med forvandle et elektrisk neutralt legeme til et elektrisk ladet legeme. Neutrale kroppe er dem, der har samme mængde protoner og elektroner, da disse er de subatomære partikler udstyret med en elektrisk ladning.
Alle elektrificeringsprocesser består af trække eller tilføre elektroner til et legeme
. Det samme kan ikke siges om protonerne, som, fordi de er fanget i atomkerne, kan ikke transporteres mellem et atom og et andet. Dermed, når et neutralt legeme modtager elektroner, bliver dets ladning negativ., omvendt, når den mister elektroner, bliver dens ladning positiv.De findes tre forskellige former for elektrificering: ved friktion, ved kontakt og ved induktion. I denne artikel vil vi diskutere hver af dem i detaljer, begyndende med den første.
friktionselektrificering
Elektrificeringen ved friktion sker hovedsageligt når to eller flere isoleringslegemer gnides mod hinanden. Processen med at gnide kroppene giver energi til elektronerne i disse materialer. Elektroner fra isoleringsmaterialer er normalt stærkt tiltrukket af kernerne i deres egne atomer, så de har brug for ekstra energi for at hoppe fra en krop til en anden.
Under friktionselektrificering mister et af legemerne elektroner, og det andet får elektroner. På denne måde, i slutningen af processen, vil de to organer have belastninger med samme modul, men med modsatte fortegn.
Ikke alle kroppe vil blive elektrificeret, når de gnides, for at vide, hvilke par af materialer, når de gnides, der bliver elektrificerede, er det nødvendigt at kende deres elektrisk affinitet, da der er materialer, der har tendens til at få elektroner, men der er også dem, der "foretrækker" at miste dem. Denne affinitet er beskrevet empirisk af en tabel kendt som triboelektrisk serie.
DET triboelektrisk serie adskiller forskellige materialer efter deres tendens til at få eller tabe elektroner. på bordet|1| nedenfor, for eksempel førstmaterialer, i toppen af det, er dem, der har tendens til at erhverve belastningerpositiv når de gnides, det vil sige, at de har tendens til det tabeelektroner. Du nyeste materialer, til gengæld er dem, der har tendens til at absorbere elektroner og derfor præsenteres negative ladninger efter at de er blevet gnidet, tjek:
Materiale |
Menneskelig håndhud (tør og ikke-fedt) |
Glas |
Tørt og fedtfrit menneskehår |
Akryl |
Der |
Papir (sulfit, servietter, papir til at tørre hænder osv.) |
Oppustet ballongummi |
Plast PVC, PP, vinyl (halm, plastikposer, pvc foringer osv.) |
Teflon |
For at vide, hvilke materialer der er kompatible, det vil sige hvilke der vil blive elektrificeret, når de gnides, skal vi vælg dem, der er længst væk fra hinanden i tabellen, såsom sidst og første, ved eksempel. Ved at gøre dette sikrer vi, at et af grundstofferne absorberer de elektroner, der frigives af det andet grundstof, som det gnides med.
Elektrificering ved kontakt
Kontaktelektrificering består af få to ledende legemer i kontakt, forudsat at mindst en af dem er forspændt. Denne type elektrificering sker oftest mellem materialerkonduktører, da elektronerne i dem er frie og derfor udstyret med stor mobilitet. På denne måde er der ikke behov for yderligere energi for at få dem til at hoppe fra en krop til en anden.
når to identiske ledende organer og elektrisk ladet berøring passerer elektroner fra den ene krop til den anden, indtil de elektriske ladninger af begge er ens. På denne måde, hvis vi vil vide, hvad den endelige afgift er mellem dem, skal vi bare gøre det aritmetisk gennemsnit af belastningerne:
Den foregående ligning er kun gyldig for det tilfælde, hvor to ens ledende organer er bragt i kontakt, hvis den pågældende sag involverede samtidig kontakt mellem n organer, skal antallet af organer tages i betragtning, tjek:
Endelig, hvis ligene er fra forskellige størrelser, må vi indse, at der kun vil være bevægelse af elektroner, så længe der er potentiel forskel mellem dem vil passagen af elektroner derfor ophøre, når den elektrisk potentiale er den samme for hver af dem.
Overvej to ledende kugler A og B med forskellige radier, betegnet RDET og RB. I den følgende figur viser vi formel for elektrisk potentiale af hver af disse kugler, så matcher vi dem, så vi får formlen, der tillader os at beregne elektrisk ladning i disse sfærer efter kontakt mellem dem, holde øje:
QDET og QB – elektrisk ladning af legeme A og B
RDET og RB– stråler fra legeme A og B
UDET migB– elektrisk potentiale af legeme A og B
induktion elektrificering
Induktionselektrificering består af bringe et tidligere ladet legeme, kaldet en induktor, tættere på et elektrisk neutralt ledende legeme, kaldet en induceret, så tilstedeværelsen af induktorladninger får elektronerne i det inducerede legeme til at bevæge sig inde i det, hvilket forårsager en polarisering af belastninger.
DET polarisering af ladninger det er intet andet end en adskillelse mellem positive og negative ladninger. Når det er polariseret, er det inducerede legeme stadig neutralt, da det har det samme antal protoner og elektroner. For at dette legeme kan blive elektrificeret, er det således nødvendigt tilstedeværelsen af et andet legeme, eller endda et middel, hvorigennem elektronerne kan strømme. Som regel, en jord, som består i at forbinde det inducerede legeme til jord, gennem en lederledning.
Efter jording kan elektronerne, der er til stede i ankerlegemet, strømme mod jorden eller fra jorden mod ankerlegemet, afhængigt af tegnet på ladningerne i induktorlegemet.
I abstrakt, foregår induktionselektrificeringsprocessen i følgende trin:
- Trin 1: Approksimation mellem induktoren og armaturet.
- Trin 2: Polarisering af ankerbelastninger på grund af induktortilnærmelse.
- Trin 3: Jording af ankeret, i nærvær af induktoren, så elektroner kan strømme fra jorden eller til jorden.
- Trin 4: Jordfjernelse.
- Trin 5: Induktor clearance.
Se mere: Elektromagnetisk induktion - ansvarlig for fremkomsten af elektriske strømme i ledende materialer
Øvelser om elektrificeringsprocesser
Spørgsmål 1) (IF-SP) Tabellen nedenfor viser den triboelektriske serie:
Kaninpels |
 |
Glas | |
Menneskehår | |
Glimmer | |
Der | |
katteskind | |
Silke | |
Bomuld | |
Rav | |
Ebonit | |
Polyester | |
Polystyren | |
Plast |
Gennem denne serie er det muligt at bestemme den elektriske ladning, der erhverves af hvert materiale, når det gnides med et andet. Styrofoam bliver, når det gnides med uld, negativt ladet.
Glasset, når det gnides med silken, vil blive opkrævet:
a) positivt, da det fik protoner.
b) positivt, da det mistede elektroner.
c) negativt, da det fik elektroner.
d) negativt, da det mistede protoner.
e) med nul elektrisk ladning, da det er umuligt for glasset at blive elektrificeret.
Feedback: Bogstav B
Løsning:
Da glas optræder før silke i den triboelektriske serie, har det en større tendens til at få positive elektriske ladninger end silke, så det korrekte alternativ er bogstavet b.
Spørgsmål 2) (IF-SP) Lyn er en højintensiv elektrisk udladning, der forbinder stormskyer med atmosfæren og jorden. Den typiske intensitet af lyn er 30.000 ampere, omkring tusind gange intensiteten af et elektrisk brusebad, og strålerne bevæger sig over afstande i størrelsesordenen 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Tilgået den: 30.10.2012.)
Under en storm nærmer en positivt ladet sky sig en bygning, der har en lynafleder, som vist i følgende figur:
Ifølge redegørelsen kan det siges, at ved etablering af en elektrisk udladning i lynaflederen,
a) protoner passerer fra skyen til lynaflederen.
b) protoner passerer fra lynaflederen til skyen.
c) elektroner passerer fra skyen til lynaflederen.
d) elektroner passerer fra lynaflederen til skyen.
e) elektroner og protoner overføres fra et legeme til et andet.
Feedback Bogstav D
Løsning:
Da skyen er ladet med positive ladninger, inducerer den bevægelse af elektroner fra jorden i kontakt med lynafleder mod skyen, da de positive ladninger som bekendt ikke ledes, så det korrekte alternativ er bogstavet D.
Spørgsmål 3) (Mackenzie) En elektrificeret metallisk kugle, med en elektrisk ladning lig med -20,0 μC, placeres i kontakt med en anden identisk elektrisk neutral kugle. Derefter placeres kuglen mod en anden identisk, elektrificeret med en elektrisk ladning lig med 50,0 μC. Efter denne procedure adskilles kuglerne.
Den elektriske ladning, der er lagret i kuglen, ved afslutningen af denne proces, er lig med:
a) 20,0 µC
b) 30,0 µC
c) 40,0 µC
d) 50,0 µC
e) 60,0 µC
Feedback: Bogstav a
Løsning:
Udtalelsen taler om to processer med elektrificering ved kontakt, begge involverer to organer, så vi vil foretage beregningen af afgiften ved afslutningen af hver proces, tjek:
Ved at tilføje og dividere de elektriske ladninger på hver af kontakterne finder vi ud af, at den endelige ladning skal være 20,0 µC, så det rigtige svar er bogstavet a.
Karakterer
|1| Tabellen er taget fra: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Af Rafael Hellerbrock
Fysiklærer
Kilde: Brasilien skole - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm
