Elektrifitseerimisprotsessid on nähtused, milles elektronid viiakse ühest kehast teise, kuna nende kogus on erinev elektrilaengud eksisteerivad kahe või enama keha vahel või isegi energia hankimisega hõõrdumine kehade vahel.
Elektrifitseerimisprotsesse on kolme tüüpi: need on hõõrdumine, kontakt ja induktsioon. Nende protsesside mõistmine nii nende määratluste kui ka harjutuste sooritamise kaudu on uuringu põhiline osa jaletrostaatikumid - riikliku keskkooli eksami (Enem) üks füüsika silmapaistvamaid valdkondi füüsikasisu hulgas.
Vaadake ka: Näpunäiteid, mida uurida Enemi füüsikaküsimuste jaoks
Mis on elektrifitseerimine?
Elektrifitseerimine on protsess muuta elektriliselt neutraalne keha elektriliselt laetud kehaks. Neutraalsed kehad on need, millel on sama palju prootonid ja elektronid, kuna need on subatoomilised osakesed, millel on elektrilaeng.
Kõik elektrifitseerimisprotsessid koosnevad kehale elektronide väljavõtmine või tarnimine. Sama ei saa öelda prootonite kohta, mis seetõttu, et nad on lõksus
aatomituum, ei saa kanda ühe aatomi ja teise vahel. Seega kui neutraalne keha võtab vastu elektrone, muutub selle laeng negatiivseks., vastupidi, kui see kaotab elektrone, muutub selle laeng positiivseks.Nad on olemas kolm erinevat elektrifitseerimise vormi: hõõrdumise, kontakti ja induktsiooni teel. Selles artiklis käsitleme neid kõiki üksikasjalikult, alustades esimesest.
Hõõrdumise elektrifitseerimine
Elektrifitseerimine hõõrdumise teel toimub peamiselt kui kahte või enamat isoleerivat keha üksteise vastu hõõrutakse. Kehade hõõrumisprotsess annab energiat nendes materjalides olevatele elektronidele. Isolatsioonimaterjalide elektronid tõmbuvad sageli tugevalt omaenda aatomite tuumade poole, mistõttu nad vajavad ühelt kehalt teisele hüppamiseks lisaenergiat.
Hõõrdelektriseerimisel kaotab üks kehadest elektronid ja teine saab elektrone. Nii saavad protsessi lõpus need kaks keha võrdse mooduli, kuid vastupidiste märkidega koormused.
Kõiki keha ei hõõrdumisel elektrifitseerita, et teada saada, millised materjalipaarid hõõrudes elektrifitseeruvad, on vaja teada nende elektriline afiinsus, kuna on materjale, mis kipuvad elektrone omandama, kuid on ka neid, mis "eelistavad" neid kaotada. Seda afiinsust kirjeldab empiiriliselt tabel, mida tuntakse kui triboelektriline seeria.
THE triboelektriline seeria eraldab erinevad materjalid vastavalt nende kalduvusele saada või kaotada elektrone. laua peal|1| allpool näiteks kõigepealtmaterjalid, selle tipus on need, kes kipuvad omandama koormusedpositiivne hõõrudes ehk kipuvad kaotamaelektronid. Sina uusimad materjalidon omakorda need, mis kipuvad elektrone neelama ja seetõttu ka esinema negatiivsed laengud pärast nende hõõrumist kontrollige:
Materjal |
Inimese käenahk (kuiv ja rasvavaba) |
Klaas |
Kuivad ja rasvavabad inimese juuksed |
Akrüül |
Seal |
Paber (sulfit, salvrätikud, paber, mida kasutatakse käte kuivatamiseks jne) |
Pumbatud õhupallkumm |
Plastist PVC, PP, vinüül (põhk, kilekotid, PVC vooder jne) |
Teflon |
Selleks, et teada saada, millised materjalid sobivad kokku, st mis hõõrumisel elektrifitseeritakse, peame valige tabelis üksteisest kõige kaugemad, näiteks viimane ja esimene näide. Seda tehes tagame, et üks elementidest neelab teise elemendi poolt vabanevad elektronid, millega seda hõõrutakse.
Ärge lõpetage kohe... Pärast reklaami on veel rohkem;)
Elektrifitseerimine kontakti teel
Kontaktelektrifitseerimine koosneb panna kaks juhtivat keha kokku puutuma tingimusel, et vähemalt üks neist on eellaaditud. Seda tüüpi elektrifitseerimine toimub kõige sagedamini vahemikus materjaliddirigendid, kuna neis olevad elektronid on vabad ja seetõttu varustatud suur liikuvus. Sel viisil pole vaja täiendavat energiat, et panna nad ühelt kehalt teisele hüppama.
kui kaks identsed juhtivad kehad ja elektriliselt laetud puudutusega liiguvad elektronid ühest kehast teise, kuni mõlema elektrilaengud on võrdsed. Seega, kui tahame teada saada, milline on nende vahel lõplik tasu, peame lihtsalt seda tegema aritmeetiline keskmine koormustest:
Eelmine võrrand on kehtib ainult juhul, kui kaks ühesugust juhtivat keha ühendatakse, kui kõnealune juhtum hõlmas samaaegset kontakti n keha vahel, tuleks arvestada kehade arvu, kontrollige:
Lõpuks, kui surnukehad on pärit erinevad suurused, peame mõistma, et elektronide liikumine toimub ainult seni, kuni seda on potentsiaalne erinevus nende vahel lakkab elektronide läbipääs siis, kui elektriline potentsiaal on nende kõigi jaoks sama.
Vaatleme kaht erineva raadiusega juhtivat sfääri A ja B, tähistatud R-gaTHE ja RB. Järgmisel joonisel näitame elektrilise potentsiaali valem nende sfääride vahel, siis sobitame need nii, et saame valemi, mis võimaldab meil arvutada elektrilaeng nendes sfäärides pärast omavahelist kontakti, vaata:
QTHE ja QB - kehade A ja B elektrilaeng
RTHE ja RB- kehade A ja B kiired
UTHE minaB- kehade A ja B elektriline potentsiaal
induktsiooni elektrifitseerimine
Induktsiooni elektrifitseerimine koosneb tuua varem laetud keha, mida nimetatakse induktiivpooliks, lähemale elektriliselt neutraalsele juhtivale kehale, mida nimetatakse indutseeritud nii et laengute olemasolu induktoris põhjustab indutseeritud keha elektronide liikumist selle sisemuses, põhjustades a polarisatsioon koormate kohta.
THE laengute polarisatsioon see pole midagi muud kui positiivsete ja negatiivsete laengute eraldamine. Polariseerimisel on indutseeritud keha endiselt neutraalne, kuna sellel on sama palju prootoneid ja elektrone. Seega on selle keha elektrifitseerimiseks vajalik teise keha olemasolu või isegi vahend, mille kaudu elektronid saaksid voolata. Reeglina a jahvatatud, mis seisneb indutseeritud keha ühendamises maaga juhtva juhtme abil.
Pärast maandamist võivad armatuuri korpuses olevad elektronid voolata maa poole või maapinnast armatuuri kere suunas vastavalt induktori kehas olevate laengute märgile.
Sisse abstraktne, toimub induktsioonelektrifitseerimise protsess järgmistes etappides:
- Samm 1: Induktori ja armatuuri vaheline lähedus.
- 2. samm: Induktori lähendamisest tingitud armatuuri koormuste polarisatsioon.
- 3. samm: Armatuuri maandamine induktiivpooli juuresolekul, nii et elektronid saaksid maapinnast või maapinnale voolata.
- 4. samm: Maapinna eemaldamine.
- 5. samm: Induktori kliirens.
Näe rohkem: Elektromagnetiline induktsioon - vastutab elektrivoolude tekkimise eest juhtivates materjalides
Harjutused elektrifitseerimisprotsesside kohta
1. küsimus) (IF-SP) Järgmises tabelis on toodud triboelektrilised seeriad:
Küüliku karusnahk |
 |
Klaas | |
Inimese juuksed | |
Vilgukivi | |
Seal | |
kassi nahk | |
Siid | |
Puuvill | |
Merevaigukollane | |
Eboniit | |
Polüester | |
Polüstüreen | |
Plastik |
Selle seeria kaudu on võimalik määrata iga materjali omandatud elektrilaeng teisega hõõrudes. Polüstüreenvaht villaga hõõrudes laeb negatiivselt.
Siidiga hõõrudes laaditakse klaas:
a) positiivselt, kuna see sai prootoneid.
b) positiivselt, kuna see kaotas elektronid.
c) negatiivselt, kuna see sai elektrone.
d) negatiivselt, kuna see kaotas prootoneid.
e) nulllaenguga, kuna klaasi on võimatu elektrifitseerida.
Mall: Täht B
Resolutsioon:
Kuna triboelektrilises sarjas ilmub klaas siidi ette, on sellel suurem tendents positiivsete elektrilaengute omandamiseks kui siidil, nii et õige alternatiiv on täht b.
Küsimus 2) (IF-SP) Välk on suure intensiivsusega elektrilahendus, mis ühendab tormipilved atmosfääri ja maapinnaga. Tüüpiline välgu tugevus on 30 000 amprit, umbes tuhat korda suurem kui elektridušši intensiivsus, ja kiired läbivad suurusjärgus 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Juurdepääs: 10.30.2012.)
Tormi ajal läheneb positiivselt laetud pilv hoonele, millel on piksevarras, nagu on näidatud järgmisel joonisel:
Avalduse järgi võib öelda, et piksevardasse elektrilahenduse loomisel võib
a) prootonid lähevad pilvest piksevardasse.
b) prootonid lähevad piksevardast pilve.
c) elektronid lähevad pilvest piksevardasse.
d) elektronid lähevad piksevardast pilve.
e) elektronid ja prootonid kanduvad ühest kehast teise.
Mall D-täht
Resolutsioon:
Kuna pilv on laetud positiivsete laengutega, indutseerib see elektronide liikumist maapinnast kokkupuutel pinnaga piksevarras, pilve poole, kuna nagu me teame, ei toimu positiivseid laenguid, seega on õige alternatiiv täht D.
3. küsimus) (Mackenzie) Elektrifitseeritud metallkera, mille elektrilaeng võrdub -20,0 μC, asetatakse kontakti teise identse elektriliselt neutraalse keraga. Seejärel asetatakse kera teise identse vastu, elektriseeritakse elektrilaenguga, mis on võrdne 50,0 μC. Pärast seda protseduuri eraldatakse kerad.
Sfääri salvestatud elektrilaeng on selle protsessi lõpus võrdne järgmisega:
a) 20,0 uC
b) 30,0 uC
c) 40,0 uC
d) 50,0 uC
e) 60,0 μC
Mall: Kiri a
Resolutsioon:
Avalduses räägitakse kahest elektrifitseerimise protsessist kontakti teel, mõlemad hõlmavad kahte keha, nii et laengu arvutame iga protsessi lõpus, kontrollige:
Lisades ja jagades kontaktide elektrilaengud, leiame, et lõplik laeng peaks olema 20,0 µC, seega on õige vastus a-täht.
Hinne
|1| Tabel on võetud: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Autor Rafael Hellerbrock
Füüsikaõpetaja
