Elektrifitseerimisprotsessid on nähtused, milles elektronid kanduvad ühest kehast teise, kuna nende hulk on erinev elektrilaengud eksisteerivad kahe või enama keha vahel või isegi energia omandamise teel hõõrdumine kehade vahel.
Elektrifitseerimisprotsesse on kolme tüüpi, need on: hõõrdumine, kontakt ja induktsioon. Nende protsesside toimumise mõistmine nii nende määratluste kui ka harjutuste sooritamise kaudu on oluline osa jaletrostaatika — riikliku keskkoolieksami (Enem) füüsika sisu hulgas üks silmapaistvamaid füüsikavaldkondi.
Vaata ka: Näpunäiteid, mida uurida Enemi füüsika küsimuste 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 subatomaarsed osakesed, millel on elektrilaeng.
Kõik elektrifitseerimisprotsessid koosnevad elektronide eemaldamine või kehasse tarnimine. Sama ei saa öelda prootonite kohta, mis, kuna 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 ta kaotab elektronid, muutub selle laeng positiivseks.Need on olemas kolm erinevat elektrifitseerimise vormi: hõõrdumise, kontakti ja induktsiooni teel. Selles artiklis käsitleme neid kõiki üksikasjalikult, alustades esimesest.
hõõrduv elektrifitseerimine
Elektrifitseerimine toimub peamiselt hõõrdumise teel kui kaks või enam isoleerivat keha hõõrutakse üksteise vastu. Kehade hõõrumise protsess annab energiat nendes materjalides olevatele elektronidele. Isolatsioonimaterjalidest pärinevad elektronid tõmbavad tavaliselt tugevalt enda aatomite tuumade poole, mistõttu vajavad nad ühest kehast teise hüppamiseks lisaenergiat.
Hõõrdeelektrifitseerimise käigus kaotab üks kehadest elektrone ja teine saab elektrone juurde. Nii saavad protsessi lõpus kaks keha võrdse mooduliga, kuid vastupidise märgiga koormused.
Kõik kehad ei elektriseeru hõõrumisel, et teada saada, millised materjalipaarid hõõrumisel elektristuvad, on vaja teada nende elektriline afiinsus, kuna on materjale, mis kipuvad elektrone juurde võtma, kuid on ka neid, mis “eelistavad” neid kaotada. Seda afiinsust kirjeldab empiiriliselt tabel, mida tuntakse kui triboelektriline seeria.
THE triboelektriline seeria eraldab erinevaid materjale vastavalt nende kalduvusele elektrone juurde saada või kaotada. laua peal|1| allpool, näiteks esiteksmaterjalid, selle tipus on need, kes kipuvad omandama koormusedpositiivne kui hõõruda, ehk siis kipuvad kaotadaelektronid. Sina uusimad materjalid, on omakorda need, mis kipuvad elektrone neelama ja seega esinema negatiivsed laengud pärast hõõrumist kontrollige:
Materjal |
Inimese käte nahk (kuiv ja rasvavaba) |
Klaas |
Inimese kuivad ja rasvavabad juuksed |
Akrüül |
Seal |
Paber (sulfit, salvrätikud, käte kuivatamiseks kasutatav paber jne) |
Täispuhutud õhupallikumm |
Plastikust PVC, PP, vinüül (õled, kilekotid, PVC-voodrid jne) |
Teflon |
Selleks, et teada saada, millised materjalid on ühilduvad, st millised elektrifitseeritakse hõõrumisel, peame valige tabelist need, mis on üksteisest kõige kaugemal, näiteks viimane ja esimene näide. Seda tehes tagame, et üks elementidest neelab elektronid, mis vabanevad teise elemendi poolt, millega seda hõõrutakse.
Elektrifitseerimine kontakti teel
Kontakti elektrifitseerimine koosneb panna kaks juhtivat keha kokku puutuma, eeldusel, et vähemalt üks neist on eelkoormatud. Seda tüüpi elektrifitseerimine toimub kõige sagedamini vahemikus materjaliddirigendid, kuna neis olevad elektronid on vabad ja seetõttu varustatud suur liikuvus. Nii ei ole nende ühest kehast teise hüppamiseks vaja lisaenergiat.
kui kaks identsed juhtivad kehad ja elektriliselt laetud puudutus, elektronid liiguvad ühest kehast teise, kuni mõlema elektrilaengud on võrdsed. Sel viisil, kui tahame teada, milline on nendevaheline lõplik laeng, peame lihtsalt seda tegema aritmeetiline keskmine koormustest:
Eelmine võrrand on kehtib ainult juhuks, kui kaks identset juhtivat keha puutuvad kokku, kui kõnealune juhtum hõlmas samaaegset kontakti n keha vahel, tuleks arvesse võtta kehade arvu, kontrollige:
Lõpuks, kui kehad on pärit erinevad suurused, peame mõistma, et elektronid liiguvad ainult seni, kuni neid on potentsiaalne erinevus Seetõttu lakkab nende vahel elektronide läbimine, kui elektriline potentsiaal on igaühe jaoks sama.
Vaatleme kahte erineva raadiusega juhtivat sfääri A ja B, mis on tähistatud RTHE ja RB. Järgmisel joonisel näitame elektrilise potentsiaali valem igast neist sfääridest, siis sobitame need nii, et saame valemi, mis võimaldab arvutada elektrilaeng nendes sfäärides pärast nendevahelist kokkupuudet, vaata:
KTHE ja QB – kehade A ja B elektrilaeng
RTHE ja RB– kehade A ja B kiired
UTHE minaB– kehade A ja B elektripotentsiaal
induktsioonelektrifitseerimine
Induktsioonelektrifitseerimine koosneb tuua varem laetud keha, mida nimetatakse induktiivpooliks, lähemale elektriliselt neutraalsele juhtivale kehale, mida nimetatakse indutseeritud, nii et induktiivpooli laengute olemasolu põhjustab indutseeritud kehas olevate elektronide liikumist selle sees, põhjustades polarisatsioon koormustest.
THE laengute polarisatsioon see pole midagi muud kui positiivsete ja negatiivsete laengute eraldamine. Polariseerituna on indutseeritud keha endiselt neutraalne, kuna sellel on sama arv prootoneid ja elektrone. Seega on selle keha elektrifitseerimiseks vajalik teise keha olemasolu või isegi vahend, mille kaudu elektronid saaksid voolata. Reeglina on a maapinnale, mis seisneb indutseeritud keha ühendamises maandusega läbi juhtjuhtme.
Maanduse järel saavad armatuuri kehas olevad elektronid vastavalt induktiivpooli korpuses olevate laengute märgile voolata maa suunas või maapinnalt armatuuri keha suunas.
sisse abstraktne, toimub induktsioonelektrifitseerimisprotsess järgmistes etappides:
- Samm 1: Induktiivpooli ja armatuuri vaheline lähendus.
- 2. samm: Armatuuri koormuste polariseerumine induktiivpooli lähenduse tõttu.
- 3. samm: Armatuuri maandamine induktiivpooli juuresolekul, et elektronid saaksid maapinnalt või maapinnale voolata.
- 4. samm: Maapinna eemaldamine.
- 5. samm: Induktiivpooli kliirens.
Näe rohkem: Elektromagnetiline induktsioon - vastutab elektrivoolude tekkimise eest juhtivates materjalides
Elektrifitseerimisprotsesside harjutused
1. küsimus (IF-SP) Allolev tabel näitab triboelektrilisi seeriaid:
Küüliku karusnahk |
 |
Klaas | |
Inimese juuksed | |
Vilgukivi | |
Seal | |
kassi nahk | |
Siid | |
Puuvill | |
Merevaik | |
Eboniit | |
Polüester | |
Polüstüreen | |
Plastikust |
Selle seeria kaudu on võimalik määrata elektrilaeng, mille iga materjal omandab teisega hõõrudes. Vahtpolüstürool muutub villaga hõõrudes negatiivselt laetuks.
Siidiga hõõrudes laetakse klaas:
a) positiivselt, kuna see omandas prootoneid.
b) positiivselt, kuna kaotas elektrone.
c) negatiivselt, kuna see sai elektrone.
d) negatiivselt, kuna see kaotas prootoneid.
e) null elektrilaenguga, kuna klaasi elektrifitseerimine on võimatu.
Tagasiside: B täht
Resolutsioon:
Kuna klaas esineb triboelektrilises seerias enne siidi, on sellel suurem kalduvus omandada positiivseid elektrilaenguid kui siidil, seega on õigeks alternatiiviks täht b.
2. küsimus (IF-SP) Välk on suure intensiivsusega elektrilahendus, mis ühendab tormipilved atmosfääri ja maapinnaga. Tüüpiline välgu intensiivsus on 30 000 amprit, mis on umbes tuhat korda suurem kui elektrilise duši intensiivsus, ja kiired levivad umbes 5 km kaugusel.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Vaadatud: 10.30.2012.)
Tormi ajal läheneb positiivselt laetud pilv piksevardaga hoonele, nagu on näidatud järgmisel joonisel:
Avalduse kohaselt võib öelda, et piksevarras elektrilahenduse tuvastamisel
a) prootonid liiguvad pilvest piksevardale.
b) prootonid liiguvad piksevardalt pilve.
c) elektronid liiguvad pilvest piksevardale.
d) elektronid liiguvad piksevardalt pilve.
e) elektronid ja prootonid kanduvad ühest kehast teise.
Tagasiside D täht
Resolutsioon:
Kuna pilv on laetud positiivsete laengutega, kutsub see esile elektronide liikumise maapinnast, kokkupuutes piksevarras pilve poole, kuna nagu me teame, positiivseid laenguid ei juhita, seega on õige alternatiiv täht D.
3. küsimus (Mackenzie) Elektrifitseeritud metallist kera, mille elektrilaeng on võrdne -20,0 μC, asetatakse kontakti teise identse elektriliselt neutraalse keraga. Seejärel asetatakse kera vastu teist identset kera, mis on elektrifitseeritud elektrilaenguga 50,0 μC. Pärast seda protseduuri eraldatakse sfäärid.
Sfääris salvestatud elektrilaeng on selle protsessi lõpus võrdne:
a) 20,0 uC
b) 30,0 uC
c) 40,0 uC
d) 50,0 uC
e) 60,0 uC
Tagasiside: Täht a
Resolutsioon:
Avalduses räägitakse kahest kontaktiga elektrifitseerimise protsessist, mis mõlemad hõlmavad kahte keha, seega arvutame laengu iga protsessi lõpus, kontrollige:
Iga kontakti elektrilaengute liitmisel ja jagamisel leiame, et lõplik laeng peaks olema 20,0 µC, seega on õige vastus täht a.
Hinded
|1| Tabel võetud: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Autor: Rafael Hellerbrock
Füüsika õpetaja
Allikas: Brasiilia kool - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm
