Procesi elektrifikacije su pojave u kojima elektrona prenose se s jednog tijela na drugo zbog razlike u količini električnih naboja 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 kako se ti procesi odvijaju, kroz njihove definicije, kao i kroz izvođenje vježbi, temeljni je dio proučavanja iletrostatika — jedno od najistaknutijih područja fizike među sadržajima iz fizike na državnom ispitu srednje škole (Enem).
Vidi i: Savjeti o tome što učiti za pitanja iz fizike Enem
Što je elektrifikacija?
Elektrifikacija je proces pretvoriti električno neutralno tijelo u električno nabijeno tijelo. Neutralna tijela su ona koja imaju istu količinu protona i elektrona, budući da su to subatomske čestice obdarene električnim nabojem.
Svi procesi elektrifikacije se sastoje od povući ili dopremiti elektrone tijelu. Isto se ne može reći za protone, koji su zato što su zarobljeni u
atomska jezgra, ne može se prenositi između jednog atoma i drugog. Tako, kada neutralno tijelo primi elektrone, njegov naboj postaje negativan., obrnuto, kada izgubi elektrone, njegov naboj postaje pozitivan.Oni postoje tri različita oblika elektrifikacije: trenjem, kontaktom i indukcijom. U ovom ćemo članku detaljno raspravljati o svakom od njih, počevši od prvog.
frikciona elektrifikacija
Uglavnom se događa elektrifikacija trenjem kada se dva ili više izolacijskih tijela trljaju jedno o drugo. Proces trljanja tijela daje energiju elektronima u tim materijalima. Elektroni iz izolacijskih materijala obično su snažno privučeni jezgrama vlastitih atoma, pa im je potrebna dodatna energija za skok s jednog tijela na drugo.
Tijekom naelektrisanja trenjem jedno tijelo gubi elektrone, a drugo dobiva elektrone. Na taj način, na kraju procesa, dva tijela će imati opterećenja jednakog modula ali suprotnih predznaka.
Neće se sva tijela naelektrizirati kada se trljaju, da biste znali koji parovi materijala, kada se trljaju, postaju naelektrizirani, potrebno je znati njihov električni afinitet, budući da postoje materijali koji imaju tendenciju dobivanja elektrona, ali postoje i oni koji ih "radije" gube. Taj je afinitet empirijski opisan u tablici poznatoj kao triboelektrične serije.
THE triboelektrične serije razdvaja različite materijale prema njihovoj sklonosti dobivanju ili gubitku elektrona. na stolu|1| ispod, na primjer, prvimaterijali, na vrhu su oni koji teže stjecanju opterećenjapozitivan kada se trljaju, odnosno teže izgubitielektrona. Vas najnoviji materijali, pak, su oni koji teže apsorbirati elektrone i, prema tome, prezentirati negativni naboji nakon što se trljaju, provjerite:
Materijal |
Koža ljudskih ruku (suha i nemasna) |
Staklo |
Suha ljudska kosa bez masnoće |
Akril |
Tamo |
Papir (sulfit, salvete, papir za sušenje ruku itd.) |
Napuhana balon guma |
Plastični PVC, PP, vinil (slama, plastične vrećice, pvc obloge, itd.) |
Teflon |
Da bismo znali koji su materijali kompatibilni, odnosno koji će se naelektrizirati trljanjem, moramo odaberite one koji su najudaljeniji jedan od drugog u tablici, kao što su zadnji i prvi, po primjer. Time osiguravamo da jedan od elemenata apsorbira elektrone koje oslobađa drugi element s kojim se trlja.
Elektrifikacija kontaktom
Kontaktna elektrifikacija se sastoji od dovesti u kontakt dva provodna tijela, pod uvjetom da je barem jedno od njih prednapeto. Ova vrsta elektrifikacije najčešće se događa između materijalaprovodnici, budući da su elektroni u njima slobodni i stoga obdareni velika mobilnost. Na taj način nije potrebna dodatna energija da bi skočili s jednog tijela na drugo.
kad dva identična provodna tijela i električno nabijenog dodira, elektroni prelaze s jednog tijela na drugo sve dok električni naboji obaju ne budu jednaki. Na ovaj način, ako želimo znati koji je konačni naboj između njih, samo trebamo učiniti aritmetički prosjek od opterećenja:
Prethodna jednadžba je vrijedi samo za slučaj kada dva identična provodna tijela su dovedeni u kontakt, ako se u predmetnom slučaju radilo o istovremenom kontaktu između n tijela, potrebno je uzeti u obzir broj tijela, provjeriti:
Konačno, ako su tijela iz različite veličine, moramo shvatiti da će postojati samo kretanje elektrona sve dok postoji potencijalna razlika između njih će, dakle, prolaz elektrona prestati kada se električni potencijal je isti za svakog od njih.
Razmotrimo dvije vodljive sfere A i B, različitih polumjera, označene RTHE i RB. Na sljedećoj slici prikazujemo formula električnog potencijala svake od ovih sfera, zatim ih uparujemo tako da dobijemo formulu koja nam omogućuje izračunavanje električno punjenje u ovim 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 se sastoji od približiti prethodno nabijeno tijelo, zvano induktor, električno neutralnom provodljivom tijelu, koje se naziva inducirano, tako da prisutnost induktorskih naboja uzrokuje da se elektroni u induciranom tijelu kreću unutar njega, uzrokujući polarizacija opterećenja.
THE polarizacija naboja nije ništa drugo nego razdvajanje između pozitivnih i negativnih naboja. Kada je polarizirano, inducirano tijelo je i dalje neutralno, jer ima isti broj protona i elektrona. Dakle, da bi se ovo tijelo naelektriziralo, potrebna je prisutnost drugog tijela, ili čak sredstvo kroz koje elektroni mogu strujati. U pravilu, a tlo, koji se sastoji od povezivanja induciranog tijela sa zemljom, kroz žicu vodiča.
Nakon uzemljenja, elektroni prisutni u tijelu armature mogu teći prema zemlji ili od zemlje prema tijelu armature, prema predznaku naboja prisutnih u tijelu induktora.
U sažetak, proces indukcijske elektrifikacije odvija se u sljedećim koracima:
- Korak 1: Aproksimacija između induktora i armature.
- Korak 2: Polarizacija opterećenja armature zbog aproksimacije induktora.
- 3. korak: Uzemljenje armature, u prisutnosti induktora, tako da elektroni mogu teći od zemlje ili do zemlje.
- 4. korak: Uklanjanje tla.
- 5. korak: Zazor induktora.
Vidi više: Elektromagnetska indukcija - odgovorna je za pojavu električnih struja u vodljivim materijalima
Vježbe o procesima elektrifikacije
Pitanje 1) (IF-SP) Donja tablica prikazuje triboelektrične serije:
Krzno zeca |
 |
Staklo | |
Ljudska kosa | |
Mica | |
Tamo | |
mačja koža | |
Svila | |
Pamuk | |
jantar | |
Ebonit | |
Poliester | |
Polistiren | |
Plastični |
Kroz ovu seriju moguće je odrediti električni naboj koji je stekao svaki materijal kada se trlja s drugim. Stiropor, kada se trlja s vunom, postaje negativno nabijen.
Staklo, kada se trlja sa svilom, će se napuniti:
a) pozitivno, jer je dobio protone.
b) pozitivno, jer je izgubio elektrone.
c) negativno, jer je dobivao elektrone.
d) negativno, jer je izgubio protone.
e) s nultim električnim nabojem, jer je nemoguće da se staklo naelektrizira.
Povratne informacije: Slovo B
Rezolucija:
Budući da se staklo pojavljuje prije svile u triboelektričnoj seriji, ono ima veću sklonost dobivanju pozitivnih električnih naboja od svile, pa je ispravna alternativa slovo b.
Pitanje 2) (IF-SP) Munja je električno pražnjenje visokog intenziteta koje povezuje olujne oblake s atmosferom i tlom. Tipični intenzitet munje je 30.000 ampera, oko tisuću puta jači od električnog tuša, a zrake putuju na udaljenosti od 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Pristupljeno: 30.10.2012.)
Tijekom oluje, pozitivno nabijeni oblak približava se zgradi koja ima gromobran, kao što je prikazano na sljedećoj slici:
Kako se navodi u priopćenju, 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) prijenos elektrona i protona s jednog tijela na drugo.
Povratne informacije Slovo D
Rezolucija:
Budući da je oblak nabijen pozitivnim nabojima, on inducira pomicanje elektrona iz zemlje u dodiru s gromobran, prema oblaku, budući da se, kao što znamo, pozitivni naboji ne provode, pa je ispravna alternativa slovo D.
Pitanje 3) (Mackenzie) Naelektrizirana 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, naelektriziranu električnim nabojem jednakim 50,0 μC. Nakon ovog postupka, kugle se odvajaju.
Električni naboj pohranjen u kugli, na kraju ovog procesa, 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
Rezolucija:
Izjava govori o dva procesa elektrifikacije kontaktom, oba uključuju dva tijela, pa ćemo na kraju svakog procesa napraviti izračun naboja, provjeriti:
Zbrajanjem i dijeljenjem električnih naboja na svakom od kontakata nalazimo da bi konačni naboj trebao biti 20,0 µC, tako da je točan odgovor slovo a.
Ocjene
|1| Tablica preuzeta sa: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Autor Rafael Hellerbrock
Nastavnik fizike
Izvor: Brazil škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm
