Villamosítási folyamatok olyan jelenségek, amelyekben elektronok mennyisége közötti különbség miatt egyik testből a másikba kerülnek elektromos töltések két vagy több test között létezik, vagy akár az energiának a súrlódás testek között.
A villamosítási folyamatoknak három típusa van: súrlódás, érintkezés és indukció. Ezeknek a folyamatoknak a megértése a meghatározásaik révén, valamint a gyakorlatok végrehajtása révén a tanulmány alapvető része ésletrostatikumok - a fizika egyik legkiemelkedőbb területe a fizikai tartalmak között az Országos Középiskolai Vizsgán (Enem).
Lásd még: Tippek arra, hogy mit kell tanulmányozni Enem fizikai kérdéseivel kapcsolatban
Mi az a villamosítás?
A villamosítás a folyamat az elektromosan semleges testet elektromosan töltött testté alakítsa. Semleges testek azok, amelyeknek azonos mennyiségű testük van protonok és elektronok, mivel ezek elektromos töltéssel felruházott szubatomi részecskék.
Minden villamosítási folyamat abból áll elektronokat visszavonni vagy táplálni egy testbe
. Ugyanez nem mondható el a protonokról, amelyek, mivel csapdába esnek a atommag, nem hordozható egyik atom és egy másik között. Így, amikor egy semleges test elektronokat kap, töltése negatívvá válik.fordítva amikor elektronokat veszít, töltése pozitívvá válik.Léteznek a villamosítás három különféle formája: súrlódással, érintkezéssel és indukcióval. Ebben a cikkben mindegyiket részletesen megvitatjuk, az elsővel kezdve.
Súrlódási villamosítás
A súrlódással történő villamosítás főleg történik amikor két vagy több szigetelő testet dörzsölnek egymáshoz. A testek dörzsölésének folyamata energiát ad az ezekben az anyagokban lévő elektronoknak. A szigetelő anyagokból származó elektronokat gyakran erősen vonzza saját atomjaik magja, ezért további energiára van szükségük ahhoz, hogy egyik testből a másikba ugorjanak.
A súrlódó villamosítás során az egyik test elveszíti az elektronokat, a másik pedig elektronokat nyer. Így a folyamat végén a két testnek meglesz azonos modulusú, de ellentétes előjelű terhelések.
Nem minden test lesz villamos, ha dörzsöljük, hogy meg lehessen ismerni, hogy mely anyagpárok dörzsölve válnak elektromossá, ismerni kell a testüket elektromos affinitás, mivel vannak olyan anyagok, amelyek hajlamosak elektronokat nyerni, de vannak olyanok is, amelyek „inkább” elveszítik őket. Ezt az affinitást egy empirikusan ismert táblázat ismerteti triboelektromos sorozat.
A triboelektromos sorozat különféle anyagokat különít el az elektronszerzésre vagy -vesztésre való hajlamuk szerint. az asztalon|1| alább például a elsőanyagok, tetején azok vannak, akik hajlamosak megszerezni terhelésekpozitív dörzsölve, vagyis hajlamosak elveszítelektronok. Ön legújabb anyagokviszont azok, amelyek hajlamosak elnyelni az elektronokat, és ezért jelen vannak negatív töltések miután megdörzsölte őket, ellenőrizze:
Anyag |
Emberi kézbőr (száraz és zsírmentes) |
Üveg |
Száraz és zsírmentes emberi haj |
Akril |
Ott |
Papír (szulfit, szalvéta, kézszárításhoz használt papír stb.) |
Felfújt ballonka |
Műanyag PVC, PP, vinil (szalma, műanyag zacskók, PVC bélés stb.) |
Teflon |
Ahhoz, hogy megtudjuk, mely anyagok kompatibilisek, vagyis melyik lesz villamos, ha dörzsöljük, meg kell tennünk válassza ki a táblázatban egymástól legtávolabbi személyeket, például az utolsót és az elsőt példa. Ezzel biztosítjuk, hogy az egyik elem elnyeli a másik elem által felszabadított elektronokat, amellyel dörzsölik.
Ne álljon meg most... A reklám után még több van;)
Villamosítás érintkezés útján
A kontakt villamosítás abból áll két vezető testet érintkezésbe hozni, feltéve, hogy legalább az egyikük előre van terhelve. Ez a fajta villamosítás leggyakrabban között történik anyagokvezetők, mivel a bennük lévő elektronok szabadok és ezért fel vannak ruházva nagy mobilitás. Ilyen módon nincs szükség további energiára ahhoz, hogy egyik testről a másikra ugorjanak.
amikor kettő azonos vezető testek és elektromosan töltött érintés esetén az elektronok egyik testből a másikba haladnak, amíg mindkettő elektromos töltése meg nem egyezik. Így, ha meg akarjuk tudni, mi a végső töltés közöttük, akkor csak meg kell tennünk a számtani átlag a terhelések közül:
Az előző egyenlet az csak érvényes arra az esetre, ahol két azonos vezető test kapcsolatba kerülnek, ha a szóban forgó eset egyidejű érintkezést jelent n test között, a testek számát figyelembe kell venni, ellenőrizze:
Végül, ha a testek származnak különböző méretű, be kell látnunk, hogy csak addig lehet elektronmozgás, amíg van lehetséges különbség közöttük tehát az elektronok áthaladása megszűnik, amikor a elektromos potenciál mindegyiküknél ugyanaz.
Tekintsünk két különböző sugárú A és B vezető gömböt, amelyeket R-nek jelölünkA és RB. A következő ábrán a elektromos potenciál képlet ezeknek a gömböknek az egyikét, akkor illesztjük össze őket úgy, hogy megkapjuk azt a képletet, amely lehetővé teszi számunkra a elektromos töltés ezekben a szférákban miután kapcsolatba lépett közöttük, néz:
QA és QB - az A és B testek elektromos töltése
RA és RB- A és B test sugarai
UA nekemB- az A és B testek elektromos potenciálja
indukciós villamosítás
Az indukciós villamosítás abból áll hozzon egy korábban feltöltött testet, az úgynevezett induktort, közelebb az elektromosan semleges vezető testhez, amelyet indukáltnak neveznek, úgy, hogy a töltések jelenléte az induktorban az indukált testben lévő elektronokat mozgatja a belsejében, ami a polarizáció terhek.
A töltések polarizációja ez nem más, mint a pozitív és a negatív töltés elválasztása. Polarizált állapotban az indukált test még mindig semleges, mivel ugyanannyi protont és elektront tartalmaz. Tehát ahhoz, hogy ez a test felvillanyozhasson, szükség van egy másik test jelenlétére, vagy akár olyan eszközre, amelyen keresztül az elektronok átfolyhatnak. Általános szabály, hogy a talaj, amely abból áll, hogy az indukált testet egy vezetéken keresztül összekötjük a földdel.
Földelés után az armatúra testében jelen lévő elektronok a föld felé, vagy a földről az armatúra test felé áramolhatnak, az induktivitestben lévő töltések jele szerint.
Ban ben absztrakt, az indukciós villamosítási folyamat a következő lépésekben zajlik:
- 1. lépés: Közelítés az induktor és az armatúra között.
- 2. lépés: Az armatúra terhelésének polarizációja az induktor közelítése miatt.
- 3. lépés: Az armatúra földelése az induktor jelenlétében, hogy az elektronok a földről vagy a földre áramolhassanak.
- 4. lépés: Talajeltávolítás.
- 5. lépés: Induktor távolság.
Többet látni: Elektromágneses indukció - felelős a vezető anyagok elektromos áramának megjelenéséért
Gyakorlatok az elektrifikációs folyamatokról
1. kérdés) (IF-SP) Az alábbi táblázat a triboelektromos sorozatokat mutatja:
Nyúlszőr |
 |
Üveg | |
Emberi haj | |
Csillámpala | |
Ott | |
macskabőr | |
Selyem | |
Pamut | |
Borostyán | |
Ebonit | |
Poliészter | |
Polisztirol | |
Műanyag |
Ezen sorozat segítségével meghatározható az egyes anyagok által megszerzett elektromos töltés, ha másokkal dörzsöljük. A hungarocell gyapjúval dörzsölve negatív töltésűvé válik.
Az üveget a selyemmel megdörzsölve feltöltjük:
a) pozitívan, mivel protonokat nyert.
b) pozitívan, mivel elvesztette az elektronokat.
c) negatív, mert elektronokat nyert.
d) negatívan, mivel elveszítette a protonokat.
e) nulla elektromos töltéssel, mivel az üveg villamosítása lehetetlen.
Visszacsatolás: B betű
Felbontás:
Mivel az üveg selyem előtt jelenik meg a triboelektromos sorozatban, nagyobb a tendencia a pozitív elektromos töltések megszerzésére, mint a selyem, ezért a helyes alternatíva a b betű.
2. kérdés) (IF-SP) A villám nagy intenzitású elektromos kisülés, amely összeköti a viharfelhőket a légkörrel és a talajjal. A villámlás tipikus intenzitása 30 000 amper, ez az elektromos zuhany intenzitásának ezerszerese, a sugarak pedig nagyjából 5 km távolságot tesznek meg.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Hozzáférés ideje: 2012.30.10.
Vihar idején egy pozitív töltésű felhő közeledik egy villámhárítóval rendelkező épülethez, amint az a következő ábrán látható:
A nyilatkozat szerint elmondható, hogy a villámhárító elektromos kisülésének megállapításakor
a) protonok haladnak a felhőből a villámhárítóba.
b) protonok haladnak a villámhárítóból a felhőbe.
c) az elektronok a felhőből a villámhárítóba jutnak.
d) az elektronok a villámhárítóból a felhőbe jutnak.
e) az elektronok és protonok átkerülnek egyik testből a másikba.
Visszacsatolás D betű
Felbontás:
Mivel a felhő pozitív töltésekkel van feltöltve, az elektronokkal a talajtól való mozgást indukálja, érintkezve a villámhárító, a felhő felé, mivel, mint tudjuk, a pozitív töltések nem vezetnek, így a helyes alternatíva a D betű
3. kérdés (Mackenzie) A villamosított fémgömböt -20,0 μC egyenértékű elektromos töltéssel érintkezésbe hozzuk egy másik azonos elektromosan semleges gömbbel. Ezután a gömböt egy másik azonosra helyezzük, 50,0 μC-os elektromos töltéssel villamosítva. Ezen eljárás után a gömbök elválnak.
A gömbben tárolt elektromos töltés ennek a folyamatnak a végén egyenlő:
a) 20,0 µC
b) 30,0 µC
c) 40,0 µC
d) 50,0 µC
e) 60,0 μC
Visszacsatolás: A betű
Felbontás:
A nyilatkozat az érintkezés útján történő villamosítás két folyamatáról szól, mindkettő két testet érint, így a töltés kiszámítását minden folyamat végén elvégezzük, ellenőrizzük:
Az egyes érintkezők elektromos töltéseinek összeadásával és felosztásával azt találjuk, hogy a végső töltésnek 20,0 µC-nak kell lennie, tehát a helyes válasz az a betű.
Évfolyamok
|1| A táblázat a következőkből származik: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Rafael Hellerbrock
Fizikatanár
