Διαδικασίες ηλεκτροδότησης είναι φαινόμενα στα οποία ηλεκτρόνια μεταφέρονται από το ένα σώμα στο άλλο λόγω διαφοράς στην ποσότητα ηλεκτρικά φορτία υπάρχει μεταξύ δύο ή περισσότερων σωμάτων, ή ακόμα και με την απόκτηση ενέργειας από το τριβή μεταξύ των σωμάτων.
Υπάρχουν τρεις τύποι διεργασιών ηλεκτρισμού, είναι: τριβή, επαφή και επαγωγή. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο συμβαίνουν αυτές οι διεργασίες, μέσω των ορισμών τους καθώς και μέσω της εκτέλεσης των ασκήσεων, είναι ένα θεμελιώδες μέρος της μελέτης του καιλετροστατικά — ένας από τους πιο εξέχοντες τομείς της φυσικής μεταξύ των περιεχομένων της φυσικής στις Εθνικές Εξετάσεις Λυκείου (Enem).
Δείτε επίσης: Συμβουλές για το τι πρέπει να μελετήσετε για ερωτήσεις φυσικής Enem
Τι είναι η ηλεκτροδότηση;
Η ηλεκτροδότηση είναι η διαδικασία της μετατρέπουν ένα ηλεκτρικά ουδέτερο σώμα σε ηλεκτρικά φορτισμένο σώμα. Ουδέτερα σώματα είναι εκείνα που έχουν την ίδια ποσότητα πρωτόνια και ηλεκτρόνια, αφού αυτά είναι τα υποατομικά σωματίδια προικισμένα με ηλεκτρικό φορτίο.
Όλες οι διαδικασίες ηλεκτροδότησης αποτελούνται από αποσύρει ή παρέχει ηλεκτρόνια σε ένα σώμα. Δεν μπορούμε να πούμε το ίδιο για τα πρωτόνια, τα οποία, επειδή είναι παγιδευμένα στο ατομικό πυρήνα, 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 ηλεκτρισμού: με τριβή, με επαφή και με επαγωγή. Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε κάθε ένα 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 συνήθως έλκονται έντονα από τους πυρήνες των δικών τους ατόμων, επομένως χρειάζονται επιπλέον ενέργεια για να μεταπηδήσουν από το ένα σώμα στο άλλο.
Κατά τον ηλεκτρισμό τριβής, ένα από τα σώματα χάνει ηλεκτρόνια και το άλλο αποκτά ηλεκτρόνια. Έτσι, στο τέλος της διαδικασίας, τα δύο σώματα θα έχουν φορτία ίσου συντελεστή αλλά αντίθετων προσώπων.
Δεν θα ηλεκτρίζονται όλα τα σώματα όταν τρίβονται, για να γνωρίζουμε ποια ζεύγη υλικών, όταν τρίβονται, ηλεκτρίζονται, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε ηλεκτρική συγγένεια, αφού υπάρχουν υλικά που τείνουν να αποκτούν 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 αποκτούν ή να χάνουν ηλεκτρόνια. πάνω στο τραπέζι|1| παρακάτω, για παράδειγμα, το πρώταυλικά, στην κορυφή του, βρίσκονται αυτοί που τείνουν να αποκτήσουν φορτίαθετικός όταν τρίβονται δηλαδή τείνουν να χάνωηλεκτρόνια. Εσείς τελευταία υλικά, με τη σειρά τους, είναι εκείνα που τείνουν να απορροφούν ηλεκτρόνια και, επομένως, να παρουσιάζουν αρνητικά φορτία αφού έχουν τρίψει, ελέγξτε:
Υλικό |
Δέρμα ανθρώπινου χεριού (ξηρό και μη λιπαρό) |
Ποτήρι |
Ανθρώπινα μαλλιά ξηρά και χωρίς λιπαρά |
Ακρυλικό |
Εκεί |
Χαρτί (θειώδη, χαρτοπετσέτες, χαρτί που χρησιμοποιείται για το στέγνωμα των χεριών κ.λπ.) |
Φουσκωμένο καουτσούκ μπαλονιού |
Πλαστικό PVC, PP, βινύλιο (άχυρο, πλαστικές σακούλες, επενδύσεις pvc κ.λπ.) |
Τεφλόν |
Για να ξέρουμε ποια υλικά είναι συμβατά, δηλαδή ποια θα ηλεκτριστούν όταν τρίβονται, πρέπει επιλέξτε αυτά που βρίσκονται πιο μακριά το ένα από το άλλο στον πίνακα, όπως το τελευταίο και το πρώτο, από παράδειγμα. Κάνοντας αυτό, διασφαλίζουμε ότι ένα από τα στοιχεία απορροφά τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται από το άλλο στοιχείο με το οποίο τρίβεται.
Ηλεκτρισμός μέσω επαφής
Η ηλεκτροδότηση επαφής αποτελείται από να έρθουν σε επαφή δύο αγώγιμα σώματα, με την προϋπόθεση ότι τουλάχιστον ένα από αυτά είναι προφορτωμένο. Αυτός ο τύπος ηλεκτροδότησης συμβαίνει συχνότερα μεταξύ υλικάαγωγοί, αφού τα ηλεκτρόνια σε αυτά είναι ελεύθερα και επομένως προικισμένα με μεγάλη κινητικότητα. Με αυτόν τον τρόπο, δεν χρειάζεται επιπλέον ενέργεια για να τα κάνει να πηδήξουν από το ένα σώμα στο άλλο.
όταν δύο πανομοιότυπα αγώγιμα σώματα και ηλεκτρικά φορτισμένο άγγιγμα, τα ηλεκτρόνια περνούν από το ένα σώμα στο άλλο έως ότου τα ηλεκτρικά φορτία και των δύο εξισωθούν. Με αυτόν τον τρόπο, αν 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 τίθενται σε επαφή, εάν η εν λόγω περίπτωση αφορούσε την ταυτόχρονη επαφή μεταξύ n σωμάτων, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ο αριθμός των σωμάτων, ελέγξτε:
Τέλος, αν τα σώματα είναι από διαφορετικά μεγέθη, πρέπει να συνειδητοποιήσουμε ότι θα υπάρχει κίνηση ηλεκτρονίων μόνο όσο υπάρχει πιθανή διαφορά ανάμεσά τους, επομένως, η διέλευση των ηλεκτρονίων θα σταματήσει όταν η ηλεκτρικό δυναμικό είναι το ίδιο για καθένα από αυτά.
Θεωρήστε δύο αγώγιμες σφαίρες Α και Β, διαφορετικών ακτίνων, που συμβολίζονται με RΟ και Ρσι. Στο παρακάτω σχήμα δείχνουμε το τύπος ηλεκτρικού δυναμικού καθεμιάς από αυτές τις σφαίρες, στη συνέχεια τις αντιστοιχίζουμε έτσι ώστε να έχουμε τον τύπο που μας επιτρέπει να υπολογίσουμε το ηλεκτρικό φορτίο σε αυτούς τους τομείς μετά από επαφή μεταξύ τους, παρακολουθώ:
QΟ και Qσι – ηλεκτρικό φορτίο των σωμάτων Α και Β
RΟ και Ρσι– ακτίνες των σωμάτων Α και Β
UΟ μουσι– ηλεκτρικό δυναμικό των σωμάτων Α και Β
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 φορτίων επαγωγέα αναγκάζει τα ηλεκτρόνια στο επαγόμενο σώμα να κινηθούν μέσα σε αυτό, προκαλώντας πόλωση των φορτίων.
Ο πόλωση των χρεώσεων δεν είναι τίποτα άλλο παρά ένας διαχωρισμός μεταξύ θετικών και αρνητικών φορτίων. Όταν είναι πολωμένο, το επαγόμενο σώμα είναι ακόμα ουδέτερο, καθώς έχει τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Έτσι, για να ηλεκτριστεί αυτό το σώμα, είναι απαραίτητη η παρουσία ενός άλλου σώματος, ή ακόμα και ενός μέσου μέσω του οποίου μπορούν να ρέουν τα ηλεκτρόνια. Κατά κανόνα, α έδαφος, που αποτελείται από τη σύνδεση του επαγόμενου σώματος με τη γη, μέσω ενός αγωγού σύρματος.
Μετά τη γείωση, τα ηλεκτρόνια που υπάρχουν στο σώμα του οπλισμού μπορούν να ρέουν προς τη γη ή από τη γη προς το σώμα του οπλισμού, σύμφωνα με το πρόσημο των φορτίων που υπάρχουν στο σώμα του επαγωγέα.
Σε αφηρημένη, η διαδικασία επαγωγικής ηλεκτροδότησης 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 για τις 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 δυνατό να προσδιοριστεί το ηλεκτρικό φορτίο που αποκτά κάθε υλικό όταν τρίβεται με ένα άλλο. Το φελιζόλ, όταν τρίβεται με μαλλί, φορτίζεται αρνητικά.
Το ποτήρι, όταν τρίβεται με το μετάξι, θα φορτίζεται:
α) θετικά, καθώς απέκτησε πρωτόνια.
β) θετικά, καθώς έχασε ηλεκτρόνια.
γ) αρνητικά, καθώς απέκτησε ηλεκτρόνια.
δ) αρνητικά, καθώς έχασε πρωτόνια.
ε) με μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο, καθώς είναι αδύνατο να ηλεκτριστεί το γυαλί.
Ανατροφοδότηση: 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, επομένως η σωστή εναλλακτική είναι το γράμμα b.
Ερώτηση 2) (IF-SP) Ο κεραυνός είναι μια υψηλής έντασης ηλεκτρική εκκένωση που συνδέει τα σύννεφα καταιγίδας με την ατμόσφαιρα και το έδαφος. Η τυπική ένταση του κεραυνού είναι 30.000 αμπέρ, περίπου χίλιες φορές μεγαλύτερη από την ένταση ενός ηλεκτρικού ντους, και οι ακτίνες ταξιδεύουν σε αποστάσεις της τάξης των 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Πρόσβαση στις: 30.10.2012.)
Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, ένα θετικά φορτισμένο σύννεφο πλησιάζει ένα κτίριο που έχει ένα αλεξικέραυνο, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:
Σύμφωνα με τη δήλωση, μπορεί να ειπωθεί ότι, κατά την εγκατάσταση ηλεκτρικής εκκένωσης στο αλεξικέραυνο,
α) τα πρωτόνια περνούν από το σύννεφο στο αλεξικέραυνο.
β) τα πρωτόνια περνούν από το αλεξικέραυνο στο σύννεφο.
γ) τα ηλεκτρόνια περνούν από το σύννεφο στο αλεξικέραυνο.
δ) ηλεκτρόνια περνούν από το αλεξικέραυνο στο νέφος.
ε) ηλεκτρόνια και πρωτόνια μεταφέρονται από το ένα σώμα στο άλλο.
Ανατροφοδότηση Γράμμα Δ
Ανάλυση:
Δεδομένου ότι το νέφος είναι φορτισμένο με θετικά φορτία, προκαλεί την κίνηση των ηλεκτρονίων από το έδαφος, σε επαφή με το αλεξικέραυνο, προς το σύννεφο, αφού, ως γνωστόν, τα θετικά φορτία δεν διεξάγονται, οπότε η σωστή εναλλακτική είναι η γράμμα Δ.
Ερώτηση 3) (Mackenzie) Μια ηλεκτρισμένη μεταλλική σφαίρα, με ηλεκτρικό φορτίο ίσο με -20,0 μC, έρχεται σε επαφή με μια άλλη πανομοιότυπη ηλεκτρικά ουδέτερη σφαίρα. Στη συνέχεια, η σφαίρα τοποθετείται σε μια άλλη πανομοιότυπη, ηλεκτρισμένη με ηλεκτρικό φορτίο ίσο με 50,0 μC. Μετά από αυτή τη διαδικασία, οι σφαίρες διαχωρίζονται.
Το ηλεκτρικό φορτίο που αποθηκεύεται 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
Ανατροφοδότηση: Γράμμα Α
Ανάλυση:
Η δήλωση μιλά για δύο διαδικασίες ηλεκτροδότησης μέσω επαφής, και οι δύο περιλαμβάνουν 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, επομένως η σωστή απάντηση είναι το γράμμα a.
Βαθμοί
|1| Πίνακας από: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Του Rafael Hellerbrock
Καθηγητής Φυσικής
Πηγή: Σχολείο Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm
