Processi di elettrificazione: cos'è, tipologie, esercizio

Processi di elettrificazione sono fenomeni in cui elettroni sono trasferiti da un corpo all'altro a causa di una differenza nella quantità di cariche elettriche esistente tra due o più corpi, o anche dall'acquisizione di energia dal attrito tra corpi.

Esistono tre tipi di processi di elettrificazione, sono: attrito, contatto e induzione. Comprendere come avvengono questi processi, attraverso le loro definizioni così come attraverso l'esecuzione di esercizi, è parte fondamentale dello studio delle eletrostatica — una delle aree di fisica più importanti tra i contenuti di fisica nell'esame di scuola superiore nazionale (Enem).

Vedi anche: Suggerimenti su cosa studiare per le domande di fisica di Enem

Cos'è l'elettrificazione?

L'elettrificazione è il processo di trasformare un corpo elettricamente neutro in un corpo elettricamente carico. I corpi neutri sono quelli che hanno la stessa quantità di protoni e elettroni, poiché queste sono le particelle subatomiche dotate di carica elettrica.

Tutti i processi di elettrificazione consistono in

prelevare o fornire elettroni a un corpo. Lo stesso non si può dire dei protoni, che, poiché sono intrappolati nel nucleo atomico, non può essere trasportato tra un atomo e l'altro. Così, quando un corpo neutro riceve elettroni, la sua carica diventa negativa., al contrario, quando perde elettroni, la sua carica diventa positiva.

Loro esistono tre distinte forme di elettrificazione: per attrito, per contatto e per induzione. In questo articolo, discuteremo ciascuno di essi in dettaglio, a partire dal primo.

Nella figura, il palloncino è stato elettrificato per attrito e quindi attrae piccoli pezzi di carta.

elettrificazione per attrito

L'elettrificazione per attrito avviene principalmente quando due o più corpi isolanti vengono sfregati l'uno contro l'altro. Il processo di sfregamento dei corpi dà energia agli elettroni in questi materiali. Gli elettroni dei materiali isolanti sono spesso fortemente attratti dai nuclei dei propri atomi, quindi hanno bisogno di energia extra per saltare da un corpo all'altro.

Durante l'elettrificazione per attrito, uno dei corpi perde elettroni e l'altro ne guadagna. In questo modo, alla fine del processo, i due corpi avranno carichi di uguale modulo ma di segno opposto.

Non tutti i corpi saranno elettrificati quando vengono strofinati, per sapere quali coppie di materiali, quando vengono strofinati, diventano elettrificati, è necessario conoscere il loro affinità elettrica, poiché ci sono materiali che tendono ad acquistare elettroni, ma ci sono anche quelli che “preferiscono” perderli. Questa affinità è descritta empiricamente da una tabella nota come serie triboelettrica.

IL serie triboelettrica separa materiali diversi in base alla loro tendenza ad acquistare o perdere elettroni. sul tavolo|1| di seguito, ad esempio, il primomateriali, in cima ci sono quelli che tendono ad acquisire carichipositivo quando strofinati, cioè, tendono a perdereelettroni. voi ultimi materiali, a loro volta, sono quelli che tendono ad assorbire gli elettroni e, quindi, a presentare cariche negative dopo averli strofinati controllare:

Materiale

Pelle della mano umana (secca e non grassa)

Bicchiere

Capelli umani secchi e senza grasso

Acrilico

Là

Carta (solfito, tovaglioli, carta usata per asciugare le mani, ecc.)

Gomma gonfiabile per palloncini

Plastica PVC, PP, vinile (paglia, sacchetti di plastica, rivestimenti in pvc, ecc.)

Teflon

Per sapere quali materiali sono compatibili, cioè quali saranno elettrificati se strofinati, dobbiamo scegli quelli più lontani tra loro nella tabella, come l'ultimo e il primo, da esempio. Così facendo, ci assicuriamo che uno degli elementi assorba gli elettroni rilasciati dall'altro elemento con cui viene strofinato.

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Elettrificazione per contatto

L'elettrificazione dei contatti consiste in far entrare in contatto due corpi conduttori, purché almeno uno di essi sia precaricato. Questo tipo di elettrificazione avviene più spesso tra materialiconduttori, poiché gli elettroni in essi contenuti sono liberi e quindi dotati di grande mobilità. In questo modo non è necessaria alcuna energia aggiuntiva per farli saltare da un corpo all'altro.

quando due organi direttivi identici e tocco elettricamente carico, gli elettroni passano da un corpo all'altro fino a quando le cariche elettriche di entrambi sono uguali. Quindi, se vogliamo sapere qual è l'addebito finale tra di loro, dobbiamo solo fare il Media aritmetica dei carichi:

L'equazione precedente è valido solo per il caso in cui due organi direttivi identici sono posti in contatto, se il caso in questione prevedeva il contatto simultaneo tra n corpi, occorre tener conto del numero dei corpi, verificare:

Infine, se i corpi sono di misure differenti, dobbiamo renderci conto che ci sarà solo movimento di elettroni finché c'è differenza di potenziale tra loro, quindi, il passaggio degli elettroni cesserà quando il potenziale elettrico è lo stesso per ognuno di loro.

Consideriamo due sfere conduttrici A e B, di raggio diverso, indicate con R_IL e R_B. Nella figura seguente mostriamo il formula del potenziale elettrico di ciascuna di queste sfere, poi le abbiniamo in modo da ottenere la formula che ci permette di calcolare il carica elettrica in queste sfere dopo il contatto tra di loro, orologio:

Q_IL e Q_B – carica elettrica dei corpi A e B

R_IL e R_B– raggi dei corpi A e B

tu_IL me_B– potenziale elettrico dei corpi A e B

elettrificazione a induzione

L'elettrificazione a induzione consiste in avvicinare un corpo precedentemente carico, detto induttore, ad un corpo conduttore elettricamente neutro, detto indotto, cosicché la presenza delle cariche dell'induttore fa sì che gli elettroni del corpo indotto si muovano al suo interno, provocando un polarizzazione di carichi.

IL polarizzazione delle cariche non è altro che una separazione tra cariche positive e negative. Quando polarizzato, il corpo indotto è ancora neutro, poiché ha lo stesso numero di protoni ed elettroni. Quindi, affinché questo corpo si elettrifichi, è necessaria la presenza di un altro corpo, o anche di un mezzo attraverso il quale possano fluire gli elettroni. Di regola, a terra, che consiste nel collegare a terra il corpo indotto, mediante un filo conduttore.

Dopo la messa a terra, gli elettroni presenti nel corpo dell'armatura possono fluire verso la terra o dalla terra verso il corpo dell'armatura, secondo il segno delle cariche presenti nel corpo dell'induttore.

Nel astratto, il processo di elettrificazione ad induzione si svolge nelle seguenti fasi:

• Passo 1: Approssimazione tra l'induttore e l'armatura.
• Passo 2: Polarizzazione dei carichi di armatura dovuta all'approssimazione dell'induttore.
• Passaggio 3: Messa a terra dell'armatura, in presenza dell'induttore, in modo che gli elettroni possano fluire da terra o verso terra.
• Passaggio 4: Rimozione del terreno.
• Passaggio 5: Gioco dell'induttore.

Vedi altro: Induzione elettromagnetica - responsabile dell'emergere di correnti elettriche nei materiali conduttivi

Esercitazioni sui processi di elettrificazione

Domanda 1) (SE-SP) La tabella seguente mostra la serie triboelettrica:

Pelliccia di coniglio
Bicchiere
Capello umano
Mica
Là
pelle di gatto
Seta
cotone
Ambra
Ebanite
Poliestere
Polistirolo
Plastica

Attraverso questa serie è possibile determinare la carica elettrica acquisita da ciascun materiale quando viene strofinato con un altro. Il polistirolo, se strofinato con la lana, si carica negativamente.

Il vetro, strofinato con la seta, verrà addebitato:

a) positivamente, poiché ha guadagnato protoni.

b) positivamente, in quanto ha perso elettroni.

c) negativamente, perché ha guadagnato elettroni.

d) negativamente, in quanto ha perso protoni.

e) con carica elettrica nulla, in quanto è impossibile elettrificare il vetro.

Risposta: Lettera b

Risoluzione:

Poiché il vetro appare prima della seta nella serie triboelettrica, ha una maggiore tendenza ad acquisire cariche elettriche positive rispetto alla seta, quindi l'alternativa corretta è la lettera b.

Domanda 2) (IF-SP) Il fulmine è una scarica elettrica ad alta intensità che collega le nuvole temporalesche all'atmosfera e al suolo. L'intensità tipica dei fulmini è di 30.000 ampere, circa mille volte l'intensità di una doccia elettrica, ei raggi percorrono distanze dell'ordine di 5 km.

(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Consultato il: 30.10.2012.)

Durante una tempesta, una nuvola carica positivamente si avvicina a un edificio dotato di un parafulmine, come mostrato nella figura seguente:

Secondo la dichiarazione, si può dire che, quando si stabilisce una scarica elettrica nel parafulmine,

a) i protoni passano dalla nuvola al parafulmine.

b) i protoni passano dal parafulmine alla nuvola.

c) gli elettroni passano dalla nuvola al parafulmine.

d) gli elettroni passano dal parafulmine alla nuvola.

e) trasferimento di elettroni e protoni da un corpo all'altro.

Risposta lettera D

Risoluzione:

Poiché la nube è carica di cariche positive, induce il movimento di elettroni dal suolo, a contatto con la parafulmine, verso la nuvola, poiché, come sappiamo, le cariche positive non sono condotte, quindi l'alternativa corretta è la lettera D

Domanda 3) (Mackenzie) Una sfera metallica elettrificata, con carica elettrica pari a -20,0 μC, viene posta a contatto con un'altra sfera identica elettricamente neutra. Quindi, la sfera viene posta contro un'altra identica, elettrificata con una carica elettrica pari a 50.0 μC. Dopo questa procedura, le sfere vengono separate.

La carica elettrica immagazzinata nella sfera, al termine di questo processo, è pari a:

a) 20,0 µC

b) 30,0 µC

c) 40,0 µC

d) 50,0 µC

e) 60,0 μC

Risposta: Lettera a

Risoluzione:

Il comunicato parla di due processi di elettrificazione per contatto, entrambi che coinvolgono due corpi, quindi faremo il calcolo della carica alla fine di ogni processo, verificheremo:

Sommando e dividendo le cariche elettriche su ciascuno dei contatti, troviamo che la carica finale dovrebbe essere di 20.0 µC, quindi la risposta corretta è la lettera a.

gradi

|1| Tabella tratta da: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm

Di Rafael Hellerbrock
Insegnante di fisica