Διαδικασίες ηλεκτροδότησης είναι φαινόμενα στα οποία ηλεκτρόνια μεταφέρονται από το ένα σώμα στο άλλο λόγω της διαφοράς στο ποσό των ηλεκτρικά φορτία υπάρχει μεταξύ δύο ή περισσότερων φορέων, ή ακόμη και με την απόκτηση ενέργειας από το τριβή μεταξύ σωμάτων.
Υπάρχουν τρεις τύποι διαδικασιών ηλεκτροδότησης: είναι: τριβή, επαφή και επαγωγή. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο συμβαίνουν αυτές οι διαδικασίες, μέσω των ορισμών τους καθώς και μέσω της εκτέλεσης των ασκήσεων, αποτελεί θεμελιώδες μέρος της μελέτης καιλετροστατική - ένας από τους πιο σημαντικούς τομείς της φυσικής μεταξύ των φυσικών περιεχομένων στις εξετάσεις του Εθνικού Λυκείου (Enem).
Δείτε επίσης: Συμβουλές για το τι πρέπει να μελετήσετε για τις ερωτήσεις φυσικής Enem
Τι είναι η ηλεκτροδότηση;
Η ηλεκτροδότηση είναι η διαδικασία μετατρέψτε ένα ηλεκτρικά ουδέτερο σώμα σε ένα ηλεκτρικά φορτισμένο σώμα. Ουδέτερα σώματα είναι εκείνα που έχουν την ίδια ποσότητα πρωτόνια και ηλεκτρόνια, δεδομένου ότι αυτά είναι τα υποατομικά σωματίδια με ηλεκτρικό φορτίο.
Όλες οι διαδικασίες ηλεκτροδότησης αποτελούνται από αφαιρέστε ή προμηθεύστε ηλεκτρόνια σε ένα σώμα. Το ίδιο δεν μπορεί να ειπωθεί για τα πρωτόνια, τα οποία, επειδή είναι παγιδευμένα στο ατομικός πυρήνας, δεν μπορεί να μεταφερθεί μεταξύ ενός ατόμου και ενός άλλου. Ετσι, όταν ένα ουδέτερο σώμα δέχεται ηλεκτρόνια, το φορτίο του γίνεται αρνητικό., αντίστροφα, όταν χάνει ηλεκτρόνια, το φορτίο του γίνεται θετικό.
Υπάρχουν τρεις διαφορετικές μορφές ηλεκτροδότησης: με τριβή, με επαφή και επαγωγή. Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε καθένα από αυτά λεπτομερώς, ξεκινώντας από το πρώτο.
ηλεκτρισμός τριβής
Η ηλεκτροδότηση με τριβή συμβαίνει κυρίως όταν δύο ή περισσότερα μονωτικά σώματα τρίβονται μεταξύ τους. Η διαδικασία τριβής των σωμάτων δίνει ενέργεια στα ηλεκτρόνια σε αυτά τα υλικά. Τα ηλεκτρόνια από μονωτικά υλικά συχνά προσελκύονται έντονα στους πυρήνες των δικών τους ατόμων, επομένως χρειάζονται επιπλέον ενέργεια για να μεταπηδήσουν από το ένα σώμα στο άλλο.
Κατά την ηλεκτρισμό τριβής, ένα από τα σώματα χάνει ηλεκτρόνια και το άλλο κέρδος ηλεκτρόνια. Με αυτόν τον τρόπο, στο τέλος της διαδικασίας, τα δύο σώματα θα έχουν φορτία ίσου συντελεστή αλλά αντίθετων σημείων.
Δεν θα ηλεκτροδοτηθούν όλα τα σώματα όταν τρίβονται, για να γνωρίζουν ποια ζεύγη υλικών, όταν τρίβονται, θα ηλεκτροδοτηθούν, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τα ηλεκτρική συγγένεια, καθώς υπάρχουν υλικά που τείνουν να κερδίζουν ηλεκτρόνια, αλλά υπάρχουν και εκείνα που «προτιμούν» να τα χάσουν. Αυτή η συγγένεια περιγράφεται εμπειρικά από έναν πίνακα γνωστό ως τριβοηλεκτρική σειρά.
Ο τριβοηλεκτρική σειρά διαχωρίζει διαφορετικά υλικά ανάλογα με την τάση τους να κερδίζουν ή να χάνουν ηλεκτρόνια. στο τραπέζι|1| παρακάτω, για παράδειγμα, το πρώταυλικά, στην κορυφή, είναι αυτοί που τείνουν να αποκτούν φορτίαθετικός όταν τρίβονται, δηλαδή τείνουν χάνωηλεκτρόνια. Εσείς πιό πρόσφατα υλικά, με τη σειρά τους, είναι εκείνα που τείνουν να απορροφούν ηλεκτρόνια και, ως εκ τούτου, να παρουσιάζουν αρνητικές χρεώσεις μετά το τρίψιμο, ελέγξτε:
Υλικό |
Δέρμα ανθρώπινου χεριού (ξηρό και μη λιπαρό) |
Ποτήρι |
Ξηρά και χωρίς λιπαρά ανθρώπινα μαλλιά |
Ακρυλικό |
Εκεί |
Χαρτί (θειώδες, χαρτοπετσέτες, χαρτί που στεγνώνει τα χέρια κ.λπ.) |
Διογκωμένο καουτσούκ μπαλονιού |
Πλαστικό PVC, PP, βινύλιο (άχυρο, πλαστικές σακούλες, επένδυση PVC κ.λπ.) |
Τεφλόν |
Για να μάθουμε ποια υλικά είναι συμβατά, δηλαδή, τα οποία θα ηλεκτροδοτηθούν όταν τρίβονται, πρέπει επιλέξτε αυτά που βρίσκονται πιο μακριά μεταξύ τους στον πίνακα, όπως το τελευταίο και το πρώτο, από παράδειγμα. Με αυτόν τον τρόπο, διασφαλίζουμε ότι ένα από τα στοιχεία απορροφά τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται από το άλλο στοιχείο με το οποίο τρίβεται.
Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση.)
Ηλεκτρισμός μέσω επαφής
Η ηλεκτροδότηση επαφής αποτελείται από να έρθουν σε επαφή δύο αγώγιμα σώματα, υπό την προϋπόθεση ότι τουλάχιστον ένα από αυτά είναι προφορτωμένο. Αυτός ο τύπος ηλεκτροδότησης συμβαίνει συχνότερα μεταξύ τους υλικάαγωγοί, δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια σε αυτά είναι ελεύθερα και ως εκ τούτου προικισμένα μεγάλη κινητικότητα. Με αυτόν τον τρόπο, δεν απαιτείται επιπλέον ενέργεια για να τους κάνει να πηδούν από το ένα σώμα στο άλλο.
όταν δύο πανομοιότυπα αγώγιμα σώματα και ηλεκτρικά φορτισμένη αφή, τα ηλεκτρόνια περνούν από το ένα σώμα στο άλλο έως ότου τα ηλεκτρικά φορτία και των δύο είναι ίσα. Έτσι, εάν θέλουμε να μάθουμε ποια είναι η τελική χρέωση μεταξύ τους, πρέπει απλώς να το κάνουμε αριθμητικός μέσος όρος των φορτίων:
Η προηγούμενη εξίσωση είναι ισχύει μόνο για την περίπτωση όπου δύο πανομοιότυπα αγώγιμα σώματα τεθούν σε επαφή, εάν η συγκεκριμένη περίπτωση αφορούσε την ταυτόχρονη επαφή μεταξύ των φορέων, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ο αριθμός των σωμάτων, ελέγξτε:
Τέλος, εάν τα σώματα είναι από διαφορετικά μεγέθη, πρέπει να συνειδητοποιήσουμε ότι θα υπάρχει μόνο κίνηση ηλεκτρονίων όσο υπάρχει πιθανή διαφορά μεταξύ τους, επομένως, η διέλευση των ηλεκτρονίων θα σταματήσει όταν το ηλεκτρικό δυναμικό είναι το ίδιο για καθένα από αυτά.
Εξετάστε δύο αγώγιμες σφαίρες Α και Β, διαφορετικών ακτίνων, που υποδηλώνονται RΟ και Rσι. Στο παρακάτω σχήμα, παρουσιάζουμε το τύπος ηλεκτρικού δυναμικού από καθεμία από αυτές τις σφαίρες, τότε ταιριάζουμε έτσι ώστε να έχουμε τον τύπο που μας επιτρέπει να υπολογίσουμε το ηλεκτρικό φορτίο σε αυτές τις σφαίρες μετά από επαφή μεταξύ τους, παρακολουθώ:
ΕρΟ και Qσι - ηλεκτρικό φορτίο των σωμάτων Α και Β
ΡΟ και Rσι- ακτίνες σωμάτων Α και Β
ΕΟ μουσι- ηλεκτρικό δυναμικό των σωμάτων A και B
επαγωγική ηλεκτροδότηση
Η επαγωγική ηλεκτροδότηση αποτελείται από φέρτε ένα προηγουμένως φορτισμένο σώμα, που ονομάζεται επαγωγέας, πιο κοντά σε ένα ηλεκτρικά ουδέτερο αγώγιμο σώμα, που ονομάζεται επαγόμενο, έτσι ώστε η παρουσία των φορτίων στον επαγωγέα να κάνει τα ηλεκτρόνια στο επαγόμενο σώμα να κινούνται στο εσωτερικό του, προκαλώντας πόλωση φορτίων.
Ο πόλωση των χρεώσεων δεν είναι παρά ένας διαχωρισμός μεταξύ θετικών και αρνητικών χρεώσεων. Όταν είναι πολωμένο, το επαγόμενο σώμα είναι ακόμα ουδέτερο, καθώς έχει τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Έτσι, για να ηλεκτροδοτηθεί αυτό το σώμα, είναι απαραίτητη η παρουσία ενός άλλου σώματος, ή ακόμη και ενός μέσου μέσω του οποίου μπορούν να ρέουν τα ηλεκτρόνια. Κατά κανόνα, α έδαφος, το οποίο συνίσταται στη σύνδεση του επαγόμενου σώματος με τη γη, μέσω ενός αγώγιμου σύρματος.
Μετά τη γείωση, τα ηλεκτρόνια που υπάρχουν στο σώμα οπλισμού μπορούν να ρέουν προς τη γη ή από τη γη προς το σώμα οπλισμού, σύμφωνα με το σημάδι των φορτίων που υπάρχουν στο σώμα του επαγωγέα.
Σε αφηρημένη, η διαδικασία επαγωγής ηλεκτροκίνησης πραγματοποιείται στα ακόλουθα βήματα:
- Βήμα 1: Προσέγγιση μεταξύ του επαγωγέα και του οπλισμού.
- Βήμα 2: Πόλωση φορτίων οπλισμού λόγω προσέγγισης επαγωγέα.
- Βήμα 3: Γείωση του οπλισμού, παρουσία του επαγωγέα, έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια να μπορούν να ρέουν από το έδαφος ή προς το έδαφος.
- Βήμα 4: Αφαίρεση εδάφους.
- Βήμα 5: Διάκενο πηνίου.
Δείτε περισσότερα: Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή - υπεύθυνη για την εμφάνιση ηλεκτρικών ρευμάτων σε αγώγιμα υλικά
Ασκήσεις σε διαδικασίες ηλεκτροδότησης
Ερώτηση 1) (IF-SP) Ο παρακάτω πίνακας δείχνει την τριβοηλεκτρική σειρά:
Γούνα κουνελιού |
 |
Ποτήρι | |
Ανθρώπινες τρίχες | |
Μαρμαρυγίας | |
Εκεί | |
δέρμα γάτας | |
Μετάξι | |
Βαμβάκι | |
Κεχριμπάρι | |
Εβονίτης | |
Πολυεστέρας | |
Πολυστυρένιο | |
Πλαστική ύλη |
Μέσω αυτής της σειράς, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί το ηλεκτρικό φορτίο που αποκτάται από κάθε υλικό όταν τρίβεται με άλλο. Το φελιζόλ, όταν τρίβεται με μαλλί, φορτίζεται αρνητικά.
Το γυαλί, όταν τρίβεται με το μετάξι, θα φορτίζεται:
α) θετικά, καθώς κέρδισε πρωτόνια.
β) θετικά, καθώς έχασε ηλεκτρόνια.
γ) αρνητικά, επειδή απέκτησε ηλεκτρόνια.
δ) αρνητικά, καθώς έχασε πρωτόνια.
ε) με μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο, καθώς είναι αδύνατο να ηλεκτροδοτηθεί το γυαλί.
Πρότυπο: Γράμμα Β
Ανάλυση:
Δεδομένου ότι το γυαλί εμφανίζεται πριν από το μετάξι στην τριβοηλεκτρική σειρά, έχει μεγαλύτερη τάση να αποκτά θετικά ηλεκτρικά φορτία από το μετάξι, οπότε η σωστή εναλλακτική λύση είναι το γράμμα β.
Ερώτηση 2) (IF-SP) Ο κεραυνός είναι μια ηλεκτρική εκφόρτιση υψηλής έντασης που συνδέει τα σύννεφα με την ατμόσφαιρα και το έδαφος. Η τυπική ένταση του κεραυνού είναι 30.000 αμπέρ, περίπου χίλιες φορές την ένταση του ηλεκτρικού ντους και οι ακτίνες ταξιδεύουν αποστάσεις της τάξης των 5 χλμ.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Πρόσβαση στις: 10.30.2012.)
Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, ένα θετικά φορτισμένο σύννεφο πλησιάζει σε ένα κτίριο με κεραυνό, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:
Σύμφωνα με τη δήλωση, μπορεί να ειπωθεί ότι, όταν δημιουργείται μια ηλεκτρική εκφόρτιση στη ράβδο αστραπής,
α) τα πρωτόνια περνούν από το σύννεφο στην αστραπή.
β) τα πρωτόνια περνούν από την κεραυνό στο σύννεφο.
γ) τα ηλεκτρόνια περνούν από το νέφος στην αστραπή.
δ) τα ηλεκτρόνια περνούν από τη ράβδο αστραπής στο νέφος.
ε) τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια μεταφέρονται από το ένα σώμα στο άλλο.
Πρότυπο Γράμμα Δ
Ανάλυση:
Δεδομένου ότι το σύννεφο φορτίζεται με θετικά φορτία, προκαλεί την κίνηση ηλεκτρονίων από το έδαφος, σε επαφή με το κεραυνός, προς το σύννεφο, καθώς, όπως γνωρίζουμε, δεν πραγματοποιούνται τα θετικά φορτία, οπότε η σωστή εναλλακτική λύση είναι η γράμμα Δ.
Ερώτηση 3) (Mackenzie) Μια ηλεκτρική μεταλλική σφαίρα, με ηλεκτρικό φορτίο ίσο με -20,0 μC, τοποθετείται σε επαφή με μια άλλη ίδια ηλεκτρικά ουδέτερη σφαίρα. Στη συνέχεια, η σφαίρα τοποθετείται έναντι ενός άλλου πανομοιότυπου, ηλεκτρίζεται με ηλεκτρικό φορτίο ίσο με 50,0 μC. Μετά από αυτήν τη διαδικασία, οι σφαίρες διαχωρίζονται.
Το ηλεκτρικό φορτίο που είναι αποθηκευμένο στη σφαίρα, στο τέλος αυτής της διαδικασίας, είναι ίσο με:
α) 20,0 μC
β) 30,0 μC
γ) 40,0 μC
δ) 50,0 μC
ε) 60,0 μC
Πρότυπο: Γράμμα Α
Ανάλυση:
Η δήλωση μιλά για δύο διεργασίες ηλεκτροδότησης επαφής, που περιλαμβάνουν και τα δύο σώματα, οπότε θα κάνουμε τον υπολογισμό της φόρτισης στο τέλος κάθε διαδικασίας, ελέγξτε:
Προσθέτοντας και διαιρώντας τα ηλεκτρικά φορτία σε κάθε μία από τις επαφές, διαπιστώνουμε ότι η τελική φόρτιση πρέπει να είναι 20,0 μC, οπότε η σωστή απάντηση είναι το γράμμα a.
Βαθμοί
|1| Πίνακας που ελήφθη από: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Από τον Rafael Hellerbrock
Καθηγητής φυσικής
