Postupci elektrifikacije su pojave u kojima elektroni se prenose s jednog tijela na drugo zbog razlike u količini električni naboji postoje između dva ili više tijela, ili čak stjecanjem energije iz trenje između tijela.
Postoje tri vrste procesa elektrifikacije, a to su: trenje, kontakt i indukcija. Razumijevanje načina na koji se ti procesi događaju, kroz njihove definicije kao i kroz izvođenje vježbi, temeljni je dio proučavanja iletrostatika - jedno od najistaknutijih područja fizike među fizičkim sadržajima na Državnom srednjoškolskom ispitu (Enem).
Pogledajte i: Savjeti o tome što učiti za pitanja Enem fizike
Što je elektrifikacija?
Elektrifikacija je postupak pretvoriti električno neutralno tijelo u električno nabijeno tijelo. Neutralna tijela su ona koja imaju jednaku količinu protoni i elektroni, budući da su to subatomske čestice obdarene električnim nabojem.
Svi procesi elektrifikacije sastoje se od povući ili opskrbiti tijelo elektronima. To se ne može reći za protone koji, jer su zatočeni u
atomska jezgra, ne mogu se prenositi između jednog i drugog atoma. Tako, kad neutralno tijelo primi elektrone, njegov naboj postaje negativan, obratno, kad izgubi elektrone, naboj mu postaje pozitivan.Oni postoje tri različita oblika elektrifikacije: trenjem, dodirom i indukcijom. U ovom ćemo članku detaljno razgovarati o svakom od njih, počevši od prvog.
elektrifikacija trenjem
Elektrifikacija trenjem uglavnom se događa kad se dva ili više izolacijskih tijela trljaju jedno o drugo. Proces trljanja tijela daje energiju elektronima u tim materijalima. Elektrone iz izolacijskih materijala obično jako privlače jezgre vlastitih atoma, pa im je potrebna dodatna energija za preskakanje s jednog tijela na drugo.
Tijekom elektrifikacije trenjem jedno od tijela gubi elektrone, a drugo dobiva elektrone. Na ovaj način, na kraju postupka, dva tijela će imati opterećenja jednakog modula, ali suprotnih predznaka.
Neće se sva tijela naelektrizirati trljanjem, da bi se znalo koji parovi materijala kad se trljaju postali elektrificirani, potrebno je znati njihovo električni afinitet, budući da postoje materijali koji teže dobivanju elektrona, ali postoje i oni koji ih "radije" gube. Taj je afinitet empirijski opisan tablicom poznatom kao triboelektrične serije.
THE triboelektrične serije razdvaja različite materijale prema njihovoj tendenciji dobivanja ili gubitka elektrona. u stolu|1| dolje, na primjer, prvimaterijali, na vrhu su oni koji teže stjecanju opterećenjapozitivan kad se trljaju, to jest imaju tendenciju izgubitielektroni. Vas najnoviji materijalizauzvrat su oni koji teže apsorbirati elektrone i, prema tome, prezentirati negativni naboji nakon trljanja provjerite:
Materijal |
Koža ljudskih ruku (suha i nemasna) |
Staklo |
Suha i bez masnoće ljudska kosa |
Akril |
Tamo |
Papir (sulfit, salvete, papir koji se koristi za sušenje ruku itd.) |
Napuhana balonska guma |
Plastični PVC, PP, vinil (slama, plastične vrećice, pvc obloge itd.) |
Teflon |
Da bismo znali koji su materijali kompatibilni, odnosno koji će se elektrizirati trljanjem, moramo odaberite one koji su najudaljeniji u tablici, poput zadnjeg i prvog, do primjer. Na taj način osiguravamo da jedan od elemenata apsorbira elektrone oslobođene drugim elementom kojim se trlja.
Ne zaustavljaj se sada... Ima još toga nakon oglašavanja;)
Elektrifikacija kontaktom
Elektrifikacija kontakata sastoji se od natjerati dva provodna tijela da dođu u kontakt, pod uvjetom da je barem jedno od njih unaprijed opterećeno. Ova vrsta elektrifikacije događa se najčešće između materijalidirigenti, budući da su elektroni u njima slobodni i zato obdareni velika mobilnost. Na taj način nije potrebna dodatna energija da bi ih natjerali da skaču s jednog tijela na drugo.
kad dvoje identična provodna tijela i električki nabijenim dodirom, elektroni prelaze iz jednog tijela u drugo sve dok električni naboji oba ne budu jednaki. Stoga, ako želimo znati koliki je konačni naboj između njih, samo trebamo izvršiti aritmetički prosjek opterećenja:
Prethodna jednadžba je vrijedi samo za slučaj gdje dva identična provodna tijela stupe u kontakt, ako se u predmetnom slučaju radi o istodobnom kontaktu između n tijela, treba uzeti u obzir broj tijela, provjerite:
Napokon, ako su tijela iz različite veličine, moramo shvatiti da će se kretanje elektrona odvijati samo dok postoji potencijalna razlika između njih će, dakle, prolazak elektrona prestati kad električni potencijal je isti za svakog od njih.
Razmotrimo dvije provodne sfere A i B, različitih radijusa, označene s RTHE i RB. Na sljedećoj slici prikazujemo formula električnog potencijala svake od ovih sfera, zatim ih podudaramo tako da dobijemo formulu koja nam omogućuje izračunavanje električno punjenje u tim sferama nakon kontakta između njih, Gledati:
PTHE i QB - električni naboj tijela A i B
RTHE i RB- zrake tijela A i B
UTHE miB- električni potencijal tijela A i B
indukcijska elektrifikacija
Indukcijska elektrifikacija sastoji se od približiti prethodno nabijeno tijelo, koje se naziva induktor, bliže električno neutralnom provodnom tijelu, koje se naziva inducirano, tako da prisutnost naboja induktora uzrokuje kretanje elektrona induciranog tijela u njegovoj unutrašnjosti, uzrokujući a polarizacija tereta.
THE polarizacija naboja nije ništa drugo nego razdvajanje pozitivnih i negativnih naboja. Kad je polarizirano, inducirano tijelo je i dalje neutralno, jer ima jednak broj protona i elektrona. Dakle, da bi se ovo tijelo naelektriziralo, potrebna je prisutnost drugog tijela, ili čak sredstvo kroz koje elektroni mogu teći. U pravilu, a tlo, koji se sastoji od povezivanja induciranog tijela sa zemljom, pomoću vodljive žice.
Nakon uzemljenja, elektroni prisutni u tijelu armature mogu teći prema zemlji ili od zemlje prema tijelu armature, prema znaku naboja prisutnih u tijelu induktora.
U sažetak, postupak indukcijske elektrifikacije odvija se u sljedećim koracima:
- Korak 1: Aproksimacija između induktora i armature.
- Korak 2: Polarizacija armaturnih opterećenja zbog aproksimacije induktora.
- Korak 3: Uzemljenje armature, u prisutnosti induktora, tako da elektroni mogu teći iz zemlje ili u zemlju.
- Korak 4: Uklanjanje tla.
- Korak 5: Zazor induktora.
Vidi više: Elektromagnetska indukcija - odgovorna za pojavu električnih struja u vodljivim materijalima
Vježbe na postupcima elektrifikacije
Pitanje 1) (IF-SP) Sljedeća tablica prikazuje triboelektrične serije:
Zečje krzno |
 |
Staklo | |
Ljudska kosa | |
Mica | |
Tamo | |
mačja koža | |
Svila | |
Pamuk | |
jantar | |
Ebonit | |
Poliester | |
Polistiren | |
Plastika |
Kroz ovu seriju moguće je utvrditi električni naboj koji svaki materijal dobiva kada se trlja drugim. Stiropor, kada se utrlja vunom, postaje negativno nabijen.
Staklo, kad se trlja svilom, napunit će se:
a) pozitivno, jer je stekao protone.
b) pozitivno, jer je izgubio elektrone.
c) negativno, jer je dobio elektrone.
d) negativno, jer je izgubio protone.
e) s nula električnog naboja, jer je nemoguće da se staklo naelektrizira.
Povratne informacije: Slovo B
Razlučivost:
Budući da se staklo pojavljuje prije svile u triboelektričnoj seriji, ima veću tendenciju stjecanja pozitivnih električnih naboja od svile, pa je ispravna alternativa slovo b.
Pitanje 2) (IF-SP) Munja je električno pražnjenje visokog intenziteta koje olujne oblake povezuje s atmosferom i zemljom. Tipični intenzitet munje iznosi 30.000 ampera, otprilike tisuću puta veći od intenziteta električnog tuša, a zrake prelaze udaljenosti reda od 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Pristupljeno: 10.30.2012.)
Tijekom oluje, pozitivno nabijeni oblak približava se zgradi koja ima gromobran, kao što je prikazano na sljedećoj slici:
Prema izjavi, može se reći da, prilikom uspostavljanja električnog pražnjenja u gromobranu,
a) protoni prelaze iz oblaka u gromobran.
b) protoni prelaze iz gromobrana u oblak.
c) elektroni prelaze iz oblaka u gromobran.
d) elektroni prelaze iz gromobrana u oblak.
e) elektroni i protoni prelaze iz jednog tijela u drugo.
Povratne informacije Slovo D
Razlučivost:
Budući da je oblak nabijen pozitivnim nabojima, on inducira kretanje elektrona iz tla, u dodiru s gromobran, prema oblaku, jer, kao što znamo, pozitivni naboji se ne provode, pa je ispravna alternativa slovo D.
Pitanje 3) (Mackenzie) Elektrificirana metalna kugla, s električnim nabojem jednakim -20,0 μC, stavlja se u kontakt s drugom identičnom električno neutralnom kuglom. Zatim se kugla postavlja na drugu identičnu, elektrificiranu električnim nabojem jednakim 50,0 μC. Nakon ovog postupka sfere se odvajaju.
Na kraju ovog postupka električni naboj pohranjen u kugli jednak je:
a) 20,0 µC
b) 30,0 µC
c) 40,0 µC
d) 50,0 µC
e) 60,0 μC
Povratne informacije: Slovo A
Rješenje:
Izjava govori o dva procesa elektrifikacije kontaktom, oba uključuju dva tijela, pa ćemo izračunati naboj na kraju svakog postupka, provjeriti:
Dodavanjem i dijeljenjem električnih naboja na svakom od kontakata, nalazimo da bi konačni naboj trebao biti 20,0 µC, pa je točan odgovor slovo a.
Ocjene
|1| Tablica preuzeta iz: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Napisao Rafael Hellerbrock
Učitelj fizike