Processus d'électrification sont des phénomènes dans lesquels électrons sont transférés d'un organisme à un autre en raison d'une différence dans le montant charges électriques existant entre deux ou plusieurs corps, ou encore par l'acquisition de l'énergie du friction entre les corps.
Il existe trois types de processus d'électrification, à savoir: le frottement, le contact et l'induction. Comprendre comment ces processus se produisent, à travers leurs définitions ainsi que par la réalisation d'exercices, est une partie fondamentale de l'étude de etlétrostatique — l'un des domaines les plus importants de la physique parmi les contenus de physique de l'examen national du lycée (Enem).
Voir aussi: Conseils sur ce qu'il faut étudier pour les questions de physique Enem
Qu'est-ce que l'électrification ?
L'électrification est le processus de transformer un corps électriquement neutre en un corps électriquement chargé. Les corps neutres sont ceux qui ont la même quantité de protons et électrons, puisque ce sont les particules subatomiques dotées d'une charge électrique.
Tous les processus d'électrification consistent à retirer ou fournir des électrons à un corps. On ne peut pas en dire autant des protons qui, parce qu'ils sont piégés dans le noyau atomique, ne peut pas être transporté entre un atome et un autre. Ainsi, lorsqu'un corps neutre reçoit des électrons, sa charge devient négative, inversement, quand il perd des électrons, sa charge devient positive.
Ils existent trois formes distinctes d'électrification: par frottement, par contact et par induction. Dans cet article, nous allons discuter de chacun d'eux en détail, en commençant par le premier.
électrification par friction
L'électrification par friction se fait principalement lorsque deux ou plusieurs corps isolants sont frottés l'un contre l'autre. Le processus de frottement des corps donne de l'énergie aux électrons de ces matériaux. Les électrons des matériaux isolants sont généralement fortement attirés par les noyaux de leurs propres atomes, ils ont donc besoin d'une énergie supplémentaire pour passer d'un corps à un autre.
Lors de l'électrification par friction, l'un des corps perd des électrons et l'autre en gagne. Ainsi, à la fin du processus, les deux organes auront charges de module égal mais de signes opposés.
Tous les corps ne seront pas électrifiés lorsqu'ils sont frottés, pour savoir quelles paires de matériaux, lorsqu'elles sont frottées, deviennent électrifiées, il est nécessaire de connaître leur affinité électrique, car il y a des matériaux qui ont tendance à gagner des électrons, mais il y a aussi ceux qui « préfèrent » les perdre. Cette affinité est décrite empiriquement par une table dite série triboélectrique.
LES série triboélectrique sépare les différents matériaux selon leur tendance à gagner ou à perdre des électrons. dans la table|1| ci-dessous, par exemple, le premiermatériaux, au sommet, se trouvent ceux qui ont tendance à acquérir chargespositif lorsqu'ils sont frottés, c'est-à-dire qu'ils ont tendance à perdreélectrons. Toi derniers matériaux, à leur tour, sont ceux qui ont tendance à absorber des électrons et, par conséquent, à présenter charges négatives après avoir été frotté, vérifier :
Matériel |
Peau de main humaine (sèche et non grasse) |
Verre |
Cheveux humains secs et sans gras |
Acrylique |
Là |
Papier (sulfite, serviettes, papier pour se sécher les mains, etc.) |
Ballon en caoutchouc gonflé |
Plastique PVC, PP, vinyle (paille, sacs en plastique, doublures en pvc, etc.) |
Téflon |
Pour savoir quels matériaux sont compatibles, c'est-à-dire lesquels seront électrifiés au frottement, il faut choisissez ceux qui sont les plus éloignés les uns des autres dans le tableau, comme le dernier et le premier, en Exemple. Ce faisant, on s'assure que l'un des éléments absorbe les électrons libérés par l'autre élément avec lequel il est frotté.
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Electrification par contact
L'électrification par contact consiste à faire entrer en contact deux corps conducteurs, à condition qu'au moins l'un d'entre eux soit préchargé. Ce type d'électrification se produit le plus souvent entre matériauxconducteurs, puisque les électrons qu'ils contiennent sont libres et donc dotés de grande mobilité. De cette façon, aucune énergie supplémentaire n'est nécessaire pour les faire sauter d'un corps à l'autre.
quand deux corps conducteurs identiques et le toucher chargé électriquement, les électrons passent d'un corps à l'autre jusqu'à ce que les charges électriques des deux soient égales. Ainsi, si l'on veut savoir quelle est la charge finale entre eux, il suffit de faire le moyenne arithmétique des charges :
L'équation précédente est valide seulement pour le cas où deux corps conducteurs identiques sont mis en contact, si le cas en question impliquait le contact simultané entre n corps, le nombre de corps doit être pris en compte, vérifier :
Enfin, si les corps proviennent de differentes tailles, nous devons réaliser qu'il n'y aura de mouvement d'électrons que tant qu'il y aura différence de potentiel entre eux, par conséquent, le passage des électrons cessera lorsque le potentiel électrique est le même pour chacun d'eux.
Considérons deux sphères conductrices A et B, de rayons différents, notées RLES et RB. Dans la figure suivante, nous montrons le formule de potentiel électrique de chacune de ces sphères, puis nous les faisons correspondre pour obtenir la formule qui nous permet de calculer le charge électrique dans ces domaines après contact entre eux, Regardez:
QLES et QB – charge électrique des corps A et B
RLES et RB– rayons des corps A et B
ULES moiB– potentiel électrique des corps A et B
électrification par induction
L'électrification par induction consiste à rapprocher un corps préalablement chargé, appelé inducteur, d'un corps conducteur électriquement neutre, appelé induit, de sorte que la présence des charges dans l'inducteur provoque le déplacement des électrons du corps induit à l'intérieur, provoquant un polarisation de charges.
LES polarisation des charges ce n'est rien de plus qu'une séparation entre les charges positives et négatives. Lorsqu'il est polarisé, le corps induit est toujours neutre, car il possède le même nombre de protons et d'électrons. Ainsi, pour que ce corps s'électrifie, il faut la présence d'un autre corps, voire d'un moyen par lequel les électrons peuvent circuler. En règle générale, un terre, qui consiste à relier le corps induit à la terre, au moyen d'un fil conducteur.
Après mise à la terre, les électrons présents dans le corps d'induit peuvent s'écouler vers la terre ou de la terre vers le corps d'induit, selon le signe des charges présentes dans le corps de l'inducteur.
Dans abstrait, le processus d'électrification par induction se déroule selon les étapes suivantes :
- Étape 1: Rapprochement entre l'inducteur et l'induit.
- Étape 2: Polarisation des charges d'induit due à l'approximation de l'inducteur.
- Étape 3: Mise à la terre de l'armature, en présence de l'inducteur, afin que les électrons puissent circuler du sol ou vers le sol.
- Étape 4: Enlèvement du sol.
- Étape 5: Jeu de l'inducteur.
Voir plus: Induction électromagnétique - responsable de l'émergence de courants électriques dans les matériaux conducteurs
Exercices sur les processus d'électrification
Question 1) (IF-SP) Le tableau suivant montre la série triboélectrique :
Fourrure de lapin |
 |
Verre | |
Cheveux humains | |
Mica | |
Là | |
peau de chat | |
Soie | |
Coton | |
ambre | |
Ébonite | |
Polyester | |
polystyrène | |
Plastique |
Grâce à cette série, il est possible de déterminer la charge électrique acquise par chaque matériau lorsqu'il est frotté avec un autre. La mousse de polystyrène, lorsqu'elle est frottée avec de la laine, se charge négativement.
Le verre, lorsqu'il est frotté avec la soie, sera chargé :
a) positivement, car il a gagné des protons.
b) positivement, car il perd des électrons.
c) négativement, car il a gagné des électrons.
d) négativement, car il a perdu des protons.
e) avec une charge électrique nulle, car il est impossible que le verre soit électrifié.
Modèle: La lettre B
Résolution:
Puisque le verre apparaît avant la soie dans la série triboélectrique, il a une plus grande tendance à acquérir des charges électriques positives que la soie, donc la bonne alternative est la lettre b.
Question 2) (SI-SP) La foudre est une décharge électrique de haute intensité qui relie les nuages orageux à l'atmosphère et au sol. L'intensité typique de la foudre est de 30 000 ampères, soit environ mille fois l'intensité d'une douche électrique, et les rayons parcourent des distances de l'ordre de 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Consulté le: 30.10.2012.)
Lors d'un orage, un nuage chargé positivement s'approche d'un bâtiment doté d'un paratonnerre, comme le montre la figure suivante :
Selon la déclaration, on peut affirmer que, lors de l'établissement d'une décharge électrique dans le paratonnerre,
a) les protons passent du nuage au paratonnerre.
b) les protons passent du paratonnerre au nuage.
c) les électrons passent du nuage au paratonnerre.
d) les électrons passent du paratonnerre au nuage.
e) les électrons et les protons sont transférés d'un corps à un autre.
Modèle Lettre D
Résolution:
Le nuage étant chargé de charges positives, il induit le mouvement des électrons depuis le sol, au contact de la paratonnerre, vers le nuage, car, comme nous le savons, les charges positives ne sont pas conduites, donc la bonne alternative est la lettre D.
Question 3) (Mackenzie) Une sphère métallique électrifiée, de charge électrique égale à -20,0 C, est mise en contact avec une autre sphère électriquement neutre identique. Ensuite, la sphère est placée contre une autre identique, électrifiée avec une charge électrique égale à 50,0 C. Après cette procédure, les sphères sont séparées.
La charge électrique stockée dans la sphère, à la fin de ce processus, est égale à :
a) 20,0 µC
b) 30,0 µC
c) 40,0 µC
d) 50,0 µC
e) 60,0 C
Modèle: Lettre a
Résolution:
La déclaration parle de deux processus d'électrification de contact, impliquant tous deux deux corps, nous ferons donc le calcul de charge à la fin de chaque processus, vérifiez :
En ajoutant et en divisant les charges électriques sur chacun des contacts, nous trouvons que la charge finale devrait être de 20,0 µC, donc la bonne réponse est la lettre a.
Notes
|1| Tableau extrait de: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Par Rafael Hellerbrock
Professeur de physique
