Villamossági folyamatok olyan jelenségek, amelyekben elektronok mennyiségének különbsége miatt egyik testből a másikba kerülnek át elektromos töltések két vagy több test között létező, vagy akár energia beszerzésével a súrlódás testek között.
Háromféle villamosítási folyamat létezik, ezek: súrlódás, érintkezés és indukció. E folyamatok végbemenetelének megértése definícióik, valamint gyakorlatok végrehajtása révén alapvető része a ésletrosztatika — a fizika egyik legkiemelkedőbb területe a fizika tartalmak között az Országos Középiskolai Vizsgán (Enem).
Lásd még: Tippek, hogy mit érdemes tanulmányozni az Enem fizikával kapcsolatos kérdésekhez
Mi az a villamosítás?
A villamosítás az a folyamat, elektromosan semleges testet elektromosan töltött testté alakítani. A semleges testek azok, amelyekben ugyanannyi protonok és elektronok, mivel ezek az elektromos töltéssel felruházott szubatomi részecskék.
Minden villamosítási folyamat abból áll elektronokat vonnak ki vagy juttatnak el egy testhez. Ugyanez nem mondható el a protonokról, amelyek, mivel csapdába esnek a
atommag, nem szállítható egyik atom és a másik között. És így, amikor egy semleges test elektronokat fogad, töltése negatív lesz., fordítva, ha elektronokat veszít, töltése pozitív lesz.Léteznek a villamosítás három különböző formája: súrlódással, érintkezéssel és indukcióval. Ebben a cikkben mindegyiket részletesen tárgyaljuk, az elsőtől kezdve.
súrlódásos villamosítás
A súrlódás útján történő villamosítás főleg amikor két vagy több szigetelő testet egymáshoz dörzsölnek. A testek dörzsölésének folyamata energiát ad az ezekben az anyagokban lévő elektronoknak. A szigetelő anyagokból származó elektronok általában erősen vonzódnak saját atomjaik magjához, ezért extra energiára van szükségük ahhoz, hogy egyik testről a másikra ugorjanak.
A súrlódásos villamosítás során az egyik test elektronokat veszít, a másik pedig elektronokat nyer. Így a folyamat végén a két testnek lesz egyenlő modulusú, de ellentétes előjelű terhelések.
Nem minden test villanyodik fel dörzsöléskor, ahhoz, hogy megtudjuk, dörzsöléskor mely anyagpárok válnak villamossá, ismerni kell a elektromos affinitás, hiszen vannak olyan anyagok, amelyek hajlamosak elektronokat nyerni, de vannak olyanok is, amelyek „szívesebben” veszítik el őket. Ezt az affinitást empirikusan egy táblázat írja le triboelektromos sorozat.
AZ triboelektromos sorozat Különböző anyagokat választ szét aszerint, hogy hajlamosak elektronszerzésre vagy -veszteségre. az asztalon|1| lent például a elsőanyagok, a tetején azok állnak, akik hajlamosak megszerezni terhelésekpozitív dörzsöléskor, vagyis hajlamosak elveszítelektronok. te legújabb anyagokviszont azok, amelyek hajlamosak az elektronok elnyelésére, és így jelenlétre negatív töltések miután megdörzsölték, ellenőrizze:
Anyag |
Emberi kézbőr (száraz és zsírmentes) |
Üveg |
Száraz és zsírmentes emberi haj |
Akril |
Ott |
Papír (szulfit, szalvéták, kézszárításhoz használt papír stb.) |
Felfújt léggömb gumi |
Műanyag PVC, PP, vinil (szalma, műanyag zacskók, PVC burkolatok stb.) |
teflon |
Ahhoz, hogy megtudjuk, mely anyagok kompatibilisek egymással, vagyis melyek lesznek felvillanyozva dörzsöléskor, muszáj válassza ki a táblázatban egymástól legtávolabb lévőket, például az utolsót és az elsőt példa. Ezzel biztosítjuk, hogy az egyik elem elnyeli a másik elem által felszabaduló elektronokat, amellyel dörzsöljük.
Villamosítás kontaktussal
Az érintkező villamosítás abból áll két vezető testet érintkezzenek, feltéve, hogy legalább az egyik előfeszített. Az ilyen típusú villamosítás leggyakrabban között történik anyagokatkarmesterek, mivel a bennük lévő elektronok szabadok, ezért felruházva nagy mobilitás. Ily módon nincs szükség további energiára ahhoz, hogy egyik testből a másikba ugorjanak.
amikor kettő azonos vezető testek és az elektromosan töltött érintés során az elektronok egyik testből a másikba jutnak, amíg mindkettő elektromos töltése egyenlő nem lesz. Így, ha tudni akarjuk, hogy mi a végső töltés közöttük, csak meg kell tennünk a számtani átlag a terhelések közül:
Az előző egyenlet az csak érvényes arra az esetre, amikor két egyforma vezető test érintkezésbe kerülnek, ha a szóban forgó eset n test egyidejű érintkezéséről szólt, akkor a testek számát kell figyelembe venni, ellenőrizze:
Végül, ha a testek a különböző méretű, fel kell ismernünk, hogy csak addig lesz elektronmozgás, amíg van lehetséges különbség közöttük tehát az elektronok áthaladása megszűnik, amikor a elektromos potenciál mindegyiknél ugyanaz.
Tekintsünk két különböző sugarú A és B vezető gömböt R-velAZ és RB. A következő ábrán bemutatjuk a elektromos potenciál képlet mindegyik szférából, akkor párosítjuk őket úgy, hogy megkapjuk azt a képletet, amely lehetővé teszi a kiszámítását elektromos töltés ezekben a szférákban a köztük lévő érintkezés után, néz:
KAZ és QB – az A és B test elektromos töltése
RAZ és RB– az A és B testek sugarai
UAZ nekemB– az A és B test elektromos potenciálja
indukciós villamosítás
Az indukciós villamosítás abból áll közelítsünk egy korábban feltöltött testet, az úgynevezett induktort egy elektromosan semleges vezető testhez, amelyet indukáltnak nevezünk, úgy, hogy az induktor töltéseinek jelenléte az indukált testben lévő elektronok mozgását okozza benne, ami egy polarizáció terhelések.
AZ töltések polarizációja ez nem más, mint a pozitív és negatív töltések szétválasztása. Polarizált állapotban az indukált test még semleges, mivel ugyanannyi proton és elektron van benne. Tehát ahhoz, hogy ez a test felvillanyozódjon, egy másik test jelenléte szükséges, vagy akár egy olyan eszköz, amelyen keresztül az elektronok áramolhatnak. Általános szabály, hogy a talaj, amely abból áll, hogy az indukált testet egy vezető vezetéken keresztül csatlakoztatják a földhöz.
A földelés után az armatúratestben lévő elektronok a föld felé, illetve a földről az armatúratest felé áramolhatnak, az induktortestben lévő töltések előjele 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 terheléseinek polarizációja az induktor közelítés következtében.
- 3. lépés: Az armatúra földelése, az induktor jelenlétében, hogy az elektronok a földről vagy a földre áramolhassanak.
- 4. lépés: Talaj eltávolítása.
- 5. lépés: Induktor hézag.
Többet látni: Elektromágneses indukció - felelős az elektromos áramok megjelenéséért vezető anyagokban
Gyakorlatok a villamosítási folyamatokról
1. kérdés (IF-SP) Az alábbi táblázat a triboelektromos sorozatot mutatja:
Nyúl szőr |
 |
Üveg | |
Emberi haj | |
Csillámpala | |
Ott | |
macska bőre | |
Selyem | |
Pamut | |
Borostyán | |
Ebonit | |
Poliészter | |
Polisztirol | |
Műanyag |
Ezzel a sorozattal meg lehet határozni az egyes anyagok által felvett elektromos töltést, amikor egy másikkal dörzsölik. A hungarocell gyapjúval dörzsölve negatív töltésűvé válik.
A selyemmel való dörzsölés után az üveg feltöltődik:
a) pozitívan, mivel protonokat szerzett.
b) pozitívan, mivel elektronokat veszített.
c) negatívan, mivel elektronokat nyert.
d) negatívan, mivel protonokat veszített.
e) nulla elektromos töltéssel, mivel lehetetlen, hogy az üveget villamosítsák.
Visszacsatolás: B betű
Felbontás:
Mivel az üveg a triboelektromos sorozatban a selyem előtt jelenik meg, ezért hajlamosabb pozitív elektromos töltésekre, mint a selyemre, ezért a helyes alternatíva a b betű.
2. kérdés (IF-SP) A villám egy nagy intenzitású elektromos kisülés, amely összeköti a viharfelhőket a légkörrel és a talajjal. A villámlás tipikus intenzitása 30 000 amper, ami körülbelül ezerszerese az elektromos zuhany intenzitásának, és a sugarak 5 km-es nagyságrendű távolságra terjednek.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Hozzáférés dátuma: 2012.10.30.)
Vihar közben egy pozitív töltésű felhő közelít egy villámhárítóval ellátott épülethez, amint az alábbi ábrán látható:
A közlemény szerint elmondható, hogy a villámhárítóban elektromos kisülés létesítésekor,
a) protonok jutnak át a felhőből a villámhárítóba.
b) a protonok a villámhárítóból a felhőbe jutnak.
c) elektronok jutnak át a felhőből a villámhárítóba.
d) az elektronok a villámhárítóból a felhőbe jutnak.
e) az elektronok és protonok egyik testből a másikba kerülnek.
Visszacsatolás D betű
Felbontás:
Mivel a felhő pozitív töltésekkel van feltöltve, elektronok mozgását indukálja a földről, érintkezve a villámhárító, a felhő felé, mivel mint tudjuk, a pozitív töltések nem vezetnek, így a helyes alternatíva a D betű.
3. kérdés (Mackenzie) Egy villamosított fémgömböt, amelynek elektromos töltése -20,0 μC, érintkezésbe hoznak egy másik, azonos elektromosan semleges gömbbel. Ezután a gömböt egy másik azonos gömbhöz helyezzük, amelyet 50,0 μC elektromos töltéssel villamosítanak. Az eljárás után a gömböket szétválasztják.
A folyamat végén a gömbben tárolt elektromos töltés egyenlő:
a) 20,0 µC
b) 30,0 uC
c) 40,0 uC
d) 50,0 uC
e) 60,0 uC
Visszacsatolás: a betű
Felbontás:
Az állítás két érintkezéssel történő villamosítási folyamatról beszél, mindkettő két testet érint, ezért minden folyamat végén elvégezzük a töltés számítását, ellenőrizze:
Az egyes érintkezők elektromos töltéseinek összeadásával és elosztásával azt kapjuk, hogy a végső töltés 20,0 µC legyen, tehát a helyes válasz az a betű.
Osztályok
|1| A táblázat innen származik: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Írta: Rafael Hellerbrock
fizika tanár
Forrás: Brazil iskola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm
