תהליכי חישמול: מה זה, סוגים, פעילות גופנית

תהליכי חשמול הן תופעות בהן אלקטרונים מועברים מגוף אחד לשני בגלל הבדל בכמות מטענים חשמליים הקיים בין שני גופים או יותר, או אפילו על ידי רכישת אנרגיה מה- חיכוך בין גופים.

ישנם שלושה סוגים של תהליכי חישמול, הם: חיכוך, מגע ואינדוקציה. הבנת האופן בו תהליכים אלו מתרחשים, באמצעות הגדרותיהם וכן באמצעות ביצוע תרגילים, היא חלק מהותי במחקר וletrostatics - אחד התחומים הבולטים בפיזיקה בקרב תכני הפיזיקה בבחינת התיכון הלאומי (Enem).

ראה גם: טיפים למה ללמוד לשאלות בפיזיקה של האויב

מהי חישמול?

חשמול הוא התהליך של להפוך גוף ניטרלי חשמלי לגוף טעון חשמלי. גופים ניטרליים הם אלה שיש להם אותה כמות של פרוטונים ו אלקטרונים, מכיוון שאלו הם החלקיקים התת אטומיים שניחנים במטען חשמלי.

כל תהליכי החשמול מורכבים מ למשוך או לספק אלקטרונים לגוף. אי אפשר לומר את אותו הדבר על הפרוטונים, שמכיוון שהם לכודים בתוך גרעין אטומי, לא ניתן לשאת בין אטום אחד למשנהו. לכן, כאשר גוף ניטרלי מקבל אלקטרונים, המטען שלו הופך לשלילילהפך, כאשר הוא מאבד אלקטרונים, המטען שלו הופך לחיובי.

הם קיימים שלוש צורות חשמליות מובהקות: על ידי חיכוך, על ידי מגע ועל ידי אינדוקציה. במאמר זה נדון בפירוט על כל אחד מהם, החל מהראשון.

באיור, הבלון חושם על ידי חיכוך ואז מושך פיסות נייר קטנות.

חישמול חיכוך

החשמול על ידי חיכוך קורה בעיקר כאשר שני גופי בידוד או יותר מתחככים זה בזה. תהליך שפשוף הגופים מעניק אנרגיה לאלקטרונים בחומרים אלה. אלקטרונים מחומרים מבודדים נמשכים לעתים קרובות מאוד לגרעיני האטומים שלהם, ולכן הם זקוקים לאנרגיה נוספת כדי לקפוץ מגוף אחד לאחר.

במהלך חישמול חיכוך, אחד הגופים מאבד אלקטרונים והשני צובר אלקטרונים. בדרך זו, בסוף התהליך, יהיו לשני הגופים עומסים של מודולוס שווה אך של סימנים מנוגדים.

לא כל הגופים יתחשמלו כאשר הם משפשפים, כדי לדעת אילו זוגות חומרים, כאשר הם משפשפים, מתחשמים, יש צורך לדעת מהם זיקה חשמלית, מכיוון שיש חומרים שנוטים לצבור אלקטרונים, אך ישנם גם כאלה ש"מעדיפים "לאבד אותם. זיקה זו מתוארת באופן אמפירי על ידי טבלה המכונה סדרה טריבואלקטרית.

ה סדרה טריבואלקטרית מפריד בין חומרים שונים על פי נטייתם לצבור או לאבד אלקטרונים. בשולחן|1| להלן, למשל, ה- ראשוןחומרים, בראשו, אלו הנוטים לרכוש עומסיםחִיוּבִי כאשר משפשפים אותם, כלומר הם נוטים לאבדאלקטרונים. אתה החומרים האחרונים, בתורם, הם אלה הנוטים לקלוט אלקטרונים, ולכן, להציג אותם מטענים שליליים לאחר השפשוף, בדוק:

חוֹמֶר

עור יד אנושי (יבש ולא שומן)

זכוכית

שיער אדם יבש וללא שומן

אַקרִילִי

שם

נייר (סולפיט, מפיות, נייר המשמש לייבוש ידיים וכו ')

גומי בלונים מנופח

פלסטיק PVC, PP, ויניל (קש, שקיות פלסטיק, בטנות PVC וכו ')

טפלון

כדי לדעת אילו חומרים תואמים, כלומר, אשר יתחשמלו כאשר משפשפים אותם, עלינו בחר את אלה הרחוקים ביותר זה מזה בטבלה, כגון האחרון והראשון, על ידי דוגמא. על ידי כך אנו מבטיחים שאחד מהיסודות יספוג את האלקטרונים המשוחררים על ידי היסוד האחר איתו הוא משפשף.

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

חישמול במגע

חישמול מגע מורכב מ לגרום לשני גופים מוליכים לבוא במגע, בתנאי שלפחות אחד מהם נטען מראש. סוג זה של חשמול קורה לרוב בין חומריםמנצחים, מכיוון שהאלקטרונים בהם חופשיים ולכן ניחנים בהם ניידות רבה. באופן זה אין צורך באנרגיה נוספת כדי לגרום להם לקפוץ מגוף אחד לאחר.

כששניים גופים מוליכים זהים ומגע טעון חשמלי, אלקטרונים עוברים מגוף אחד לשני עד שהמטענים החשמליים של שניהם שווים. לפיכך, אם אנו רוצים לדעת מהו החיוב הסופי ביניהם, עלינו לעשות זאת ממוצע חשבון מהעומסים:

המשוואה הקודמת היא תקף בלבד למקרה שבו שני גופים מוליכים זהים ממוקמים קשר, אם במקרה הנדון היה קשר בו זמנית בין n גופים, יש לקחת בחשבון את מספר הגופים, בדוק:

לבסוף, אם הגופות מ מידות שונותעלינו להבין שתהיה רק ​​תנועת אלקטרונים כל עוד יש הבדל פוטנציאלי ביניהם, אם כן, המעבר של האלקטרונים יפסיק כאשר ה- פוטנציאל חשמלי זהה לכל אחד מהם.

שקול שני כדוריות מוליכות A ו- B, ברדיוסים שונים, המסומנים R_ה ו- ר_ב. באיור הבא אנו מראים את נוסחת פוטנציאל חשמלי מכל אחד מהספירות הללו, אז אנו מתאימים אותם כך שנקבל את הנוסחה המאפשרת לנו לחשב את מטען חשמלי בתחומים אלה לאחר מגע ביניהם, שעון:

ש_ה וש_ב - מטען חשמלי של גופים A ו- B

ר_ה ו- ר_ב- קרני גופים A ו- B

U_ה לִי_ב- פוטנציאל חשמלי של גופים A ו- B

חישמול אינדוקציה

חשמול אינדוקציה מורכב מ לקרב גוף טעון קודם, שנקרא משרן, לגוף מוליך ניטרלי חשמלי, הנקרא מושרה, כך שנוכחות המטענים במשרן גורמת לאלקטרונים בגוף המושר לנוע בפנים שלו, ולגרום ל קיטוב של עומסים.

ה קיטוב מטענים אין זה אלא הפרדה בין מטענים חיוביים לשליליים. כאשר הוא מקוטב, הגוף המושרה עדיין ניטרלי, מכיוון שיש לו מספר זהה של פרוטונים ואלקטרונים. לפיכך, כדי שגוף זה יחשמל, יש צורך בנוכחות גוף אחר, או אפילו אמצעי דרכו יכולים האלקטרונים לזרום. ככלל, א קרקע, אדמה, המורכב מחיבור הגוף המושרה לאדמה, באמצעות חוט מוליך.

לאחר הארקה, האלקטרונים הנמצאים בגוף האבזור יכולים לזרום לכיוון האדמה או מהאדמה לעבר גוף האבזור, על פי סימן המטענים הקיימים בגוף המשרן.

ב תַקצִיר, תהליך חשמול האינדוקציה מתרחש בשלבים הבאים:

• שלב 1: קירוב בין המשרן לאבזור.
• שלב 2: קיטוב עומסי האבזור עקב קירוב המשרן.
• שלב 3: הארקת האבזור, בנוכחות המשרן, כך שאלקטרונים יוכלו לזרום מהקרקע או לקרקע.
• שלב 4: פינוי קרקע.
• שלב 5: פינוי משרנים.

ראה עוד: אינדוקציה אלקטרומגנטית - אחראית להופעת זרמים חשמליים בחומרים מוליכים

תרגילים על תהליכי חישמול

שאלה 1) (IF-SP) הטבלה הבאה מציגה את הסדרה הטריבואלקטרית:

פרוות ארנב
זכוכית
שיער אנושי
נָצִיץ
שם
עור חתול
משי
כותנה
עַנבָּר
אבוניט
פּוֹלִיאֶסטֶר
פוליסטירן
פלסטיק

באמצעות סדרה זו ניתן לקבוע את המטען החשמלי שנרכש על ידי כל חומר כאשר הוא משפשף עם אחר. קלקר, כאשר משפשפים אותו בצמר, הופך לטעון שלילית.

הזכוכית, כשמשפשפים אותה במשי, תחויב:

א) באופן חיובי, שכן הוא צבר פרוטונים.

ב) באופן חיובי, מכיוון שהוא איבד אלקטרונים.

ג) באופן שלילי, מכיוון שהוא צבר אלקטרונים.

ד) באופן שלילי, מכיוון שאיבד פרוטונים.

ה) ללא מטען חשמלי, מכיוון שאי אפשר לחשמל את הזכוכית.

מָשׁוֹב: אות ב '

פתרון הבעיה:

מכיוון שזכוכית מופיעה לפני משי בסדרה הטריואלקטרית, יש לה נטייה גדולה יותר לרכוש מטענים חשמליים חיוביים מאשר משי, ולכן האלטרנטיבה הנכונה היא האות ב '.

שאלה 2) (IF-SP) ברק הוא פריקה חשמלית בעוצמה גבוהה המחברת בין ענני סערה לאטמוספירה ולאדמה. עוצמת הברק האופיינית היא 30,000 אמפר, כאלף פעמים מעוצמת מקלחת חשמלית, והקרניים עוברות מרחקים בסדר גודל של 5 ק"מ.

(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. גישה בתאריך: 10.30.2012.)

במהלך סערה, ענן טעון חיובי מתקרב לבניין שיש בו מוט ברק, כפי שמוצג באיור הבא:

על פי ההצהרה, ניתן לומר שכאשר מכניסים פריקה חשמלית למוט הברק,

א) פרוטונים עוברים מהענן למוט הברק.

ב) פרוטונים עוברים מברק לענן.

ג) אלקטרונים עוברים מהענן למוט הברק.

ד) אלקטרונים עוברים ממק הברק לענן.

ה) אלקטרונים ופרוטונים עוברים מגוף אחד לאחר.

מָשׁוֹב אות ד

פתרון הבעיה:

מכיוון שהענן טעון במטענים חיוביים, הוא גורם לתנועת אלקטרונים מהקרקע, במגע עם ה- מוט ברק, לעבר הענן, מכיוון שכידוע המטענים החיוביים אינם מתנהלים, ולכן האלטרנטיבה הנכונה היא אות ד '

שאלה 3) (מקנזי) כדור מתכתי מחושמל, עם מטען חשמלי השווה ל -20.0 מיקרו צלזיוס, ממוקם במגע עם כדור אחר ניטרלי חשמלי זהה. לאחר מכן, הכדור מונח כנגד אחד זהה אחר, המחושמל במטען חשמלי השווה ל- 50.0 מיקרו צלזיוס. לאחר הליך זה, הכדורים מופרדים.

המטען החשמלי המאוחסן בכדור, בתום תהליך זה, שווה ל:

א) 20.0 µC

ב) 30.0 µC

ג) 40.0 µC

ד) 50.0 µC

ה) 60.0 מיקרו צלזיוס

מָשׁוֹב: מכתב

פתרון הבעיה:

ההצהרה מדברת על שני תהליכי חישמול במגע, שניהם מעורבים בשני גופים, ולכן נעשה את חישוב המטען בסוף כל תהליך, נבדוק:

על ידי הוספה וחלוקת המטענים החשמליים על כל אחד ממגעים, אנו מוצאים שהמטען הסופי צריך להיות 20.0 µC, ולכן התשובה הנכונה היא האות a.

ציוני

|1| טבלה שנלקחה מ: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm

מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה