תהליכי חשמול הן תופעות שבהן אלקטרונים מועברים מגוף אחד למשנהו בגלל הבדל בכמות מטענים חשמליים קיים בין שני גופים או יותר, או אפילו על ידי רכישת אנרגיה מה חיכוך בין גופים.
ישנם שלושה סוגים של תהליכי חשמול, הם: חיכוך, מגע ואינדוקציה. ההבנה כיצד תהליכים אלו מתרחשים, דרך ההגדרות שלהם כמו גם דרך ביצוע התרגילים, היא חלק בסיסי במחקר של וletrostatics - אחד התחומים הבולטים בפיזיקה בין תכני הפיזיקה בבחינת התיכון הלאומי (אנם).
ראה גם: טיפים על מה ללמוד עבור שאלות פיזיקה של Enem
מה זה חשמול?
חשמול הוא תהליך של להפוך גוף ניטרלי מבחינה חשמלית לגוף טעון חשמלי. גופים ניטרליים הם אלו שיש להם אותה כמות של פרוטונים ו אלקטרונים, שכן אלו הם החלקיקים התת-אטומיים שניחנו במטען חשמלי.
כל תהליכי החשמול מורכבים מ למשוך או לספק אלקטרונים לגוף. לא ניתן לומר את אותו הדבר על הפרוטונים, אשר בגלל שהם לכודים ב גרעין אטום, לא ניתן לשאת בין אטום אחד למשנהו. לכן, כאשר גוף ניטרלי מקבל אלקטרונים, המטען שלו הופך לשלילי., להיפך, כאשר הוא מאבד אלקטרונים, המטען שלו הופך לחיובי.
הם קיימים שלוש צורות מובחנות של חשמול: על ידי חיכוך, על ידי מגע ועל ידי אינדוקציה. במאמר זה, נדון בכל אחד מהם בפירוט, החל מהראשון.
חשמול חיכוך
החשמול על ידי חיכוך קורה בעיקר כאשר שני גופים מבודדים או יותר משופשפים זה בזה. תהליך שפשוף הגופים נותן אנרגיה לאלקטרונים בחומרים אלו. אלקטרונים מחומרים מבודדים בדרך כלל נמשכים מאוד לגרעיני האטומים שלהם, ולכן הם זקוקים לאנרגיה נוספת כדי לקפוץ מגוף אחד למשנהו.
במהלך חשמול חיכוך, אחד הגופים מאבד אלקטרונים והשני צובר אלקטרונים. כך, בסופו של התהליך, יהיו לשני הגופים עומסים של מודולוס שווה אבל של סימנים מנוגדים.
לא כל הגופים יתחשמלו בעת שפשוף, כדי לדעת אילו זוגות חומרים, בעת שפשוף, מתחשמלים, יש צורך לדעת את זיקה חשמלית, מאחר שיש חומרים הנוטים לצבור אלקטרונים, אבל יש גם כאלה ש"מעדיפים" לאבד אותם. זיקה זו מתוארת באופן אמפירי על ידי טבלה המכונה סדרה triboelectric.
ה סדרה triboelectric מפריד בין חומרים שונים לפי נטייתם לצבור או לאבד אלקטרונים. על השולחן|1| למטה, למשל, ה ראשוןחומרים, בחלק העליון של זה, הם אלה שנוהגים לרכוש המוןחִיוּבִי כאשר משפשפים, כלומר, הם נוטים לאבדאלקטרונים. אתה החומרים העדכניים ביותר, בתורם, הם אלה שנוטים לספוג אלקטרונים, ולכן, להופיע מטענים שליליים לאחר שפשוף אותם, בדוק:
חוֹמֶר |
עור יד אדם (יבש ולא שומן) |
זכוכית |
שיער אדם יבש ונטול שומן |
אַקרִילִי |
שם |
נייר (סולפיט, מפיות, נייר המשמש לייבוש ידיים וכו') |
גומי בלון מנופח |
PVC פלסטיק, PP, ויניל (קש, שקיות ניילון, בטנות pvc וכו') |
טפלון |
כדי לדעת אילו חומרים תואמים, כלומר אילו יתחשמלו בעת שפשוף, עלינו בחר את אלה הרחוקים ביותר אחד מהשני בטבלה, כגון אחרון וראשון, על ידי דוגמא. על ידי כך, אנו מבטיחים שאחד היסודות סופג את האלקטרונים המשתחררים מהיסוד השני איתו הוא משופשף.
חשמול ביצירת קשר
חשמול קשר מורכב מ לגרום לשני גופים מוליכים לבוא במגע, בתנאי שלפחות אחד מהם נטען מראש. סוג זה של חשמול מתרחש לרוב בין חומריםמנצחים, שכן האלקטרונים שבהם חופשיים ולכן ניחנים ב ניידות גדולה. בדרך זו, אין צורך באנרגיה נוספת כדי לגרום להם לקפוץ מגוף אחד למשנהו.
כאשר שניים גופים מוליכים זהים ומגע בעל מטען חשמלי, אלקטרונים עוברים מגוף אחד למשנהו עד שהמטענים החשמליים של שניהם שווים. בדרך זו, אם אנחנו רוצים לדעת מה החיוב הסופי ביניהם, אנחנו רק צריכים לעשות את ממוצע אריתמטי של העומסים:
המשוואה הקודמת היא תקף בלבד למקרה שבו שני גופים מוליכים זהים נמצאים בקשר, אם המקרה הנדון כלל מגע בו-זמנית בין n גופים, יש לקחת בחשבון את מספר הגופים, בדוק:
לבסוף, אם הגופות מ מידות שונות, עלינו להבין שתהיה תנועה של אלקטרונים רק כל עוד יש הבדל פוטנציאלי ביניהם, לפיכך, מעבר האלקטרונים ייפסק כאשר ה פוטנציאל חשמלי זהה עבור כל אחד מהם.
שקול שני כדורים מוליכים A ו-B, בעלי רדיוסים שונים, המסומנים Rה ורב. באיור הבא, אנו מראים את נוסחת פוטנציאל חשמלי של כל אחד מהספירות הללו, אז נתאים אותם כך שנקבל את הנוסחה המאפשרת לנו לחשב את מטען חשמלי בתחומים הללו לאחר מגע ביניהם, שעון:
שה ו-Qב - מטען חשמלי של גופים A ו-B
רה ורב- קרניים של גופים A ו-B
Uה לִיב- פוטנציאל חשמלי של גופים A ו-B
חשמול אינדוקציה
חשמול אינדוקציה מורכב מ לקרב גוף טעון בעבר, הנקרא משרן, לגוף מוליך ניטרלי חשמלי, הנקרא מושרה, כך שנוכחותם של מטענים משרנים גורמת לאלקטרונים בגוף המושרה לנוע בתוכו, מה שגורם ל קיטוב של המון.
ה קיטוב של מטענים זה לא יותר מהפרדה בין מטענים חיוביים ושליליים. כאשר הוא מקוטב, הגוף המושרה עדיין ניטרלי, מכיוון שיש לו אותו מספר של פרוטונים ואלקטרונים. לפיכך, כדי שגוף זה יתחשמל, יש צורך בנוכחות של גוף אחר, או אפילו אמצעי שדרכו האלקטרונים יכולים לזרום. ככלל, א קרקע, אדמה, המורכב מחיבור הגוף המושרה לאדמה, דרך חוט מוליך.
לאחר הארקה, האלקטרונים הנמצאים בגוף האבזור יכולים לזרום לכיוון כדור הארץ או מהאדמה לכיוון גוף האבזור, לפי סימן המטענים הקיימים בגוף המשרן.
ב תַקצִיר, תהליך חשמול האינדוקציה מתרחש בשלבים הבאים:
- שלב 1: קירוב בין המשרן לבין האבזור.
- שלב 2: קיטוב של עומסי אבזור עקב קירוב משרן.
- שלב 3: הארקת האבזור, בנוכחות המשרן, כך שאלקטרונים יוכלו לזרום מהאדמה או לאדמה.
- שלב 4: פינוי קרקע.
- שלב 5: פינוי משרן.
ראה עוד: אינדוקציה אלקטרומגנטית - אחראית על הופעת זרמים חשמליים בחומרים מוליכים
תרגילים על תהליכי חשמול
שאלה 1) (IF-SP) הטבלה שלהלן מציגה את הסדרה הטריבו-אלקטרית:
פרוות ארנב |
 |
זכוכית | |
שיער אנושי | |
נָצִיץ | |
שם | |
עור חתול | |
משי | |
כותנה | |
עַנבָּר | |
אבוניט | |
פּוֹלִיאֶסטֶר | |
פוליסטירן | |
פלסטי |
באמצעות סדרה זו, ניתן לקבוע את המטען החשמלי הנרכש על ידי כל חומר כאשר משפשפים אותו עם אחר. קלקר, כאשר משפשפים אותו בצמר, הופך למטען שלילי.
הכוס, כאשר תשפשף עם המשי, תחויב:
א) באופן חיובי, שכן הוא צבר פרוטונים.
ב) באופן חיובי, שכן הוא איבד אלקטרונים.
ג) באופן שלילי, שכן הוא צבר אלקטרונים.
ד) לרעה, שכן הוא איבד פרוטונים.
ה) עם אפס מטען חשמלי, כיוון שלא ייתכן שהזכוכית תהיה מחושמלת.
מָשׁוֹב: אות ב
פתרון הבעיה:
מכיוון שזכוכית מופיעה לפני המשי בסדרה הטריבו-אלקטרית, יש לה נטייה גדולה יותר לרכוש מטענים חשמליים חיוביים מאשר משי, ולכן החלופה הנכונה היא האות b.
שאלה 2) (IF-SP) ברק הוא פריקה חשמלית בעוצמה גבוהה המחברת בין ענני סערה לאטמוספירה ולקרקע. עוצמת הברקים האופיינית היא 30,000 אמפר, פי כאלף מעוצמת מקלחת חשמלית, והקרניים עוברות למרחקים בסדר גודל של 5 ק"מ.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. גישה לתאריך: 30.10.2012.)
במהלך סערה, ענן טעון חיובי מתקרב לבניין שיש לו מכת ברק, כפי שמוצג באיור הבא:
על פי ההצהרה, ניתן לומר כי בעת הקמת פריקה חשמלית במוט הברקים,
א) פרוטונים עוברים מהענן למוט הברקים.
ב) פרוטונים עוברים ממוט הברק לענן.
ג) אלקטרונים עוברים מהענן למוט הברקים.
ד) אלקטרונים עוברים ממוט הברק לענן.
ה) אלקטרונים ופרוטונים עוברים מגוף אחד למשנהו.
מָשׁוֹב האות ד
פתרון הבעיה:
מכיוון שהענן טעון במטענים חיוביים, הוא גורם לתנועת אלקטרונים מהקרקע, במגע עם מטה ברק, לכיוון הענן, מכיוון שכידוע, המטענים החיוביים אינם מוליכים, כך שהחלופה הנכונה היא האות ד.
שאלה 3) (מקנזי) כדור מתכתי מחושמל, בעל מטען חשמלי השווה ל-20.0 מיקרו-C, ממוקם במגע עם כדור נייטרלי זהה אחר מבחינה חשמלית. לאחר מכן, הכדור מוצב כנגד אחד זהה אחר, מחושמל עם מטען חשמלי השווה ל-50.0 מיקרו-צ'. לאחר הליך זה, הכדורים מופרדים.
המטען החשמלי המאוחסן בכדור, בסוף תהליך זה, שווה ל:
א) 20.0 µC
ב) 30.0 µC
ג) 40.0 µC
ד) 50.0 µC
ה) 60.0 µC
מָשׁוֹב: מכתב
פתרון הבעיה:
ההצהרה מדברת על שני תהליכים של חשמול על ידי מגע, שניהם מערבים שני גופים, ולכן נעשה את חישוב הטעינה בסוף כל תהליך, נבדוק:
על ידי חיבור וחלוקה של המטענים החשמליים בכל אחד מהמגעים, אנו מוצאים שהמטען הסופי צריך להיות 20.0 µC, כך שהתשובה הנכונה היא האות a.
ציוני
|1| הטבלה נלקחה מ: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה
מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm
