ელექტროფიკაციის პროცესები არის ფენომენი, რომელშიც ელექტრონები გადადიან ერთი სხეულიდან მეორეზე, რაოდენობის სხვაობის გამო ელექტრო მუხტები ორ ან მეტ სხეულს შორის არსებული, ან თუნდაც იქიდან ენერგიის შეძენის გზით ხახუნის სხეულებს შორის.
ელექტროფიკაციის სამი ტიპი არსებობს, ესენია: ხახუნი, კონტაქტი და ინდუქცია. იმის გაგება, თუ როგორ ხდება ეს პროცესები, მათი განმარტებებით, აგრეთვე სავარჯიშოების შესრულებით, წარმოადგენს კვლევის ფუნდამენტურ ნაწილს. დალეტროსტატიკა - ფიზიკის ერთ – ერთი ყველაზე გამორჩეული დარგი ფიზიკის შინაარსთა შორის ეროვნული საშუალო სკოლის გამოცდებში (Enem).
იხილეთ აგრეთვე: რჩევები იმის შესახებ, თუ რა უნდა შეისწავლოთ Enem– ის ფიზიკის კითხვებისთვის
რა არის ელექტროფიკაცია?
ელექტროფიკაცია არის პროცესი გადააქციოს ელექტრონულად ნეიტრალური სხეული ელექტრონულად დამუხტულ სხეულად. ნეიტრალური სხეულებია ისეთები, რომლებსაც აქვთ იგივე რაოდენობის პროტონები და ელექტრონები, ვინაიდან ეს არის სუბატომიური ნაწილაკები, რომლებიც აღჭურვილია ელექტრული მუხტით.
ელექტროფიკაციის ყველა პროცესი შედგება გაიყვანოს ან მიაწოდოს სხეულს ელექტრონები
. იგივე არ შეიძლება ითქვას პროტონებზე, რომლებიც, რადგან ისინი ხაფანგში არიან ატომური ბირთვი, შეუძლებელია გადაიტანოს ერთ ატომსა და მეორეს შორის. ამრიგად, როდესაც ნეიტრალური სხეული იღებს ელექტრონებს, მისი მუხტი ხდება უარყოფითი.პირიქით, როდესაც ის კარგავს ელექტრონებს, მისი მუხტი დადებითი ხდება.ისინი არსებობენ ელექტრიფიკაციის სამი განსხვავებული ფორმა: ხახუნის საშუალებით, კონტაქტით და ინდუქციით. ამ სტატიაში დეტალურად განვიხილავთ თითოეულ მათგანს, პირველიდან დაწყებული.
ხახუნის ელექტრიფიკაცია
ხახუნის ელექტროფიკაცია ძირითადად ხდება როდესაც ორი ან მეტი საიზოლაციო სხეული ერთმანეთზე ირეცხება. სხეულების გახეხვის პროცესი ენერგიას აძლევს ელექტრონებს ამ მასალებში. ელექტრონებს საიზოლაციო მასალებიდან, როგორც წესი, ძლიერ იზიდავს საკუთარი ატომების ბირთვები, ამიტომ მათ სჭირდებათ დამატებითი ენერგია ერთი სხეულიდან მეორეში გადასასვლელად.
ხახუნის ელექტრიფიკაციის დროს ერთი სხეული კარგავს ელექტრონებს და მეორე იძენს ელექტრონებს. ამ გზით, პროცესის ბოლოს, ორი ორგანო ექნება ტოლი მოდულის, მაგრამ საპირისპირო ნიშნების დატვირთვები.
ყველა სხეული არ იქნება ელექტრიფიცირებული, როდესაც იცვლება, რომ იცოდეს რომელი წყვილი მასალები, როდესაც rubbed, ხდება ელექტროფიცირებული, აუცილებელია იცოდეთ მათი ელექტროენერგია, ვინაიდან არსებობს მასალები, რომლებიც ელექტრონების მოპოვებას ისწრაფვიან, მაგრამ არის ისეთებიც, რომლებიც მათ "დაკარგვას ამჯობინებენ". ეს დამოკიდებულება ემპირიულად აღწერილია ცხრილით, რომელსაც ეწოდება ტრიბოელექტრული სერია.
ტრიბოელექტრული სერია გამოყოფს სხვადასხვა მასალებს ელექტრონების მოპოვების ან დაკარგვის ტენდენციის შესაბამისად. მაგიდაზე|1| ქვემოთ, მაგალითად პირველიმასალები, მის ზედა ნაწილში არიან ისეთებიც, რომლებიც იძენენ იტვირთებაპოზიტიური როდესაც rubbed, რომ არის, ისინი ტენდენცია წაგებაელექტრონები. შენ უახლესი მასალებითავის მხრივ, ისეთები არიან, რომლებიც ელექტრონების შთანთქმისა და, შესაბამისად, წარმოდგენის ტენდენცია აქვთ უარყოფითი მუხტები მას შემდეგ, რაც rubbed, შეამოწმეთ:
მასალა |
ადამიანის ხელის კანი (მშრალი და უცხიმო) |
მინა |
მშრალი და ცხიმიანი ადამიანის თმა |
აკრილის |
იქ |
ქაღალდი (სულფიტი, ხელსახოცები, ხელების გასაშრობად გამოყენებული ქაღალდი და ა.შ.) |
გაბერილი ბუშტიანი რეზინი |
პლასტმასის PVC, PP, ვინილი (ჩალის, პლასტმასის ჩანთები, PVC უგულებელყოფა და ა.შ.) |
ტეფლონი |
იმის ცოდნა, თუ რომელი მასალები არის თავსებადი, ანუ რომელი იქნება ელექტრიფიცირებული, როდესაც მოხდება რუბლს, ჩვენ უნდა გავაკეთოთ ეს აირჩიეთ ერთმანეთისგან ყველაზე დაშორებული ცხრილი, მაგალითად ბოლო და პირველი მაგალითი. ამით ჩვენ დავრწმუნდებით, რომ ერთ-ერთი ელემენტი შეიწოვს სხვა ელემენტის მიერ გათავისუფლებულ ელექტრონებს, რომლითაც ის ირეცხება.
ნუ გაჩერდები ახლა... რეკლამის შემდეგ მეტია;)
ელექტრიფიკაცია კონტაქტით
საკონტაქტო ელექტროფიკაცია შედგება ორი გამტარი სხეული მოვიდეს კონტაქტში, იმ პირობით, რომ ერთი მაინც დატვირთულია. ამ ტიპის ელექტროფიკაცია ხდება ყველაზე ხშირად შორის მასალებიკონდუქტორები, ვინაიდან მათში ელექტრონები თავისუფალია და, შესაბამისად, დაჯილდოებულია დიდი მობილურობა. ამ გზით დამატებითი ენერგია არ არის საჭირო, რომ ისინი ერთი სხეულიდან მეორეზე გადახვიდეთ.
როდესაც ორი იდენტური გამტარი სხეულები და ელექტრონულად დამუხტული შეხებით, ელექტრონები ერთი სხეულიდან მეორეზე გადადიან, სანამ ორივე ელექტრული მუხტი არ იქნება ტოლი. ამრიგად, თუ გვინდა ვიცოდეთ, რა არის საბოლოო მუხტი მათ შორის, ჩვენ უბრალოდ უნდა გავაკეთოთ ეს საშუალო არითმეტიკა დატვირთვები:
წინა განტოლებაა მოქმედებს მხოლოდ იმ საქმისთვის, სადაც ორი ერთნაირი გამტარი სხეული კონტაქტში არიან, თუ საქმე ეხებოდა n სხეულს შორის ერთდროულ კონტაქტს, მხედველობაში უნდა იქნეს მიღებული ცხედრების რაოდენობა, შეამოწმეთ:
დაბოლოს, თუ სხეულები არიან სხვადასხვა ზომის, უნდა გავითვალისწინოთ, რომ მხოლოდ ელექტრონების მოძრაობა მოხდება, სანამ არსებობს პოტენციური განსხვავება მათ შორის, ამიტომ ელექტრონების გავლა შეწყდება, როდესაც ელექტრო პოტენციალი თითოეული მათგანისთვის იგივეა.
განვიხილოთ ორი გამტარ სფერო და A, B, სხვადასხვა რადიუსის, აღნიშნავენ R და რბ. შემდეგ ფიგურაში ჩვენ ვაჩვენებთ ელექტრო პოტენციური ფორმულა თითოეული ამ სფეროდან, შემდეგ მათ შევუსაბამებთ ისე, რომ მივიღოთ ფორმულა, რომელიც საშუალებას გვაძლევს გამოვთვალოთ ელექტრული მუხტი ამ სფეროებში მათ შორის კონტაქტის შემდეგ, უყურებს:
Q და Qბ - A და B სხეულების ელექტრული მუხტი
რ და რბ- A და B სხეულების სხივები
უ მებ- A და B სხეულების ელექტრული პოტენციალი
ინდუქციური ელექტროფიკაცია
ინდუქციური ელექტროფიკაცია შედგება ადრე დამუხტული სხეული, რომელსაც ინდუქტორი ეწოდება, მიუახლოვდეს ელექტრონულად ნეიტრალურ გამტარ სხეულს, რომელსაც ეწოდება ინდუცირებული, ისე, რომ ინდუქტორში მუხტების არსებობა იწვევს ელექტრონებს ინდუცირებულ სხეულში მის ინტერიერში გადაადგილება, რაც იწვევს პოლარიზაცია დატვირთვების.
ბრალდების პოლარიზაცია ეს სხვა არაფერია თუ არა დაყოფა დადებით და უარყოფით მუხტებს შორის. პოლარიზაციის დროს, გამოწვეული სხეული კვლავ ნეიტრალურია, რადგან მას აქვს იგივე რაოდენობის პროტონები და ელექტრონები. ამრიგად, ამ სხეულის ელექტრიფიკაციისთვის აუცილებელია სხვა სხეულის არსებობა, ან თუნდაც საშუალება, რომლის საშუალებითაც ელექტრონები შეიძლება შემოვიდნენ. როგორც წესი, ა დაფქული, რომელიც შედგება გამოწვეული სხეულის დედამიწასთან დამაკავშირებლად, გამტარ მავთულის საშუალებით.
დამიწების შემდეგ, არმატურის სხეულში არსებული ელექტრონები შეიძლება მიედინებოდეს დედამიწისკენ ან დედამიწიდან არმატურის სხეულისკენ, ინდუქტორულ სხეულში არსებული მუხტების ნიშნის მიხედვით.
შიგნით აბსტრაქტული, ინდუქციური ელექტროფიკაციის პროცესი ხდება შემდეგი ნაბიჯებით:
- Ნაბიჯი 1: მიახლოება ინდუქტორსა და არმატურას შორის.
- ნაბიჯი 2: არმატურის დატვირთვის პოლარიზაცია ინდუქტორის დაახლოების გამო.
- ნაბიჯი 3: არმატურის დამიწება, ინდუქტორის თანდასწრებით, ისე, რომ ელექტრონებს მიედინება მიწიდან ან მიწაზე.
- ნაბიჯი 4: მიწის მოხსნა.
- ნაბიჯი 5: ინდუქტორის კლირენსი.
Მეტის ნახვა: ელექტრომაგნიტური ინდუქცია - პასუხისმგებელია გამტარ მასალებში ელექტრული დენების წარმოქმნაზე
სავარჯიშოები ელექტროფიკაციის პროცესებზე
კითხვა 1) (IF-SP) შემდეგ ცხრილში მოცემულია ტრიბოელექტრული სერია:
კურდღლის ბეწვი |
 |
მინა | |
ადამიანის თმა | |
მიკა | |
იქ | |
კატის კანი | |
აბრეშუმი | |
ბამბა | |
ქარვა | |
ებონიტი | |
პოლიესტერი | |
პოლისტიროლი | |
პლასტიკური |
ამ სერიის საშუალებით შესაძლებელია განისაზღვროს თითოეული მასალის მიერ შეძენილი ელექტრული მუხტის დადება სხვაზე. პენოპლასტი, როდესაც მატყლს წურავენ, ხდება უარყოფითი დამუხტვა.
შუშას, როდესაც აბრეშუმს წაუსვამთ, დამუხტავთ:
ა) დადებითად, რადგან მან მოიპოვა პროტონები.
ბ) დადებითად, რადგან მან დაკარგა ელექტრონები.
გ) უარყოფითად, რადგან მან მოიპოვა ელექტრონები.
დ) უარყოფითად, რადგან მან დაკარგა პროტონები.
ე) ნულოვანი ელექტრული მუხტით, რადგან შეუძლებელია მინის ელექტროფიკაცია.
შაბლონი: წერილი ბ
რეზოლუცია:
მას შემდეგ, რაც ტრიბოელექტრულ სერიაში მინა აბრეშუმამდე ჩნდება, მას უფრო მეტი ტენდენცია აქვს პოზიტიური ელექტრული მუხტები შეიძინოს, ვიდრე აბრეშუმი, ამიტომ სწორი ალტერნატივაა ასო ბ.
კითხვა 2) (IF-SP) ელვა არის ძალიან ინტენსიური ელექტრული გამონადენი, რომელიც აერთებს შტორმის ღრუბლებს ატმოსფეროსა და მიწასთან. ელვის ტიპური ინტენსივობაა 30,000 ამპერი, ელექტრული დუშის ინტენსივობა დაახლოებით ათასჯერ და სხივები 5 კმ-ის მანძილზე გადიან.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.erespostas.php. შემოწმება: 10.30.2012.)
ქარიშხლის დროს დადებითად დამუხტული ღრუბელი უახლოვდება შენობას, რომელსაც ელვისებური ჯოხი აქვს, როგორც ნაჩვენებია შემდეგ სურათზე:
განცხადების თანახმად, შეიძლება ითქვას, რომ ელვისებურ ჯოხში ელექტრული განმუხტვის დამყარებისას,
ა) პროტონები ღრუბლიდან ელვის ჯოხზე გადადიან.
ბ) პროტონები ელვის ჯოხიდან ღრუბელში გადადიან.
გ) ელექტრონები ღრუბლიდან ელვის ჯოხზე გადადიან.
დ) ელექტრონები ელვის ჯოხიდან ღრუბელში გადადიან.
ე) ელექტრონები და პროტონები გადადის ერთი სხეულიდან მეორეზე.
შაბლონი ასო დ
რეზოლუცია:
მას შემდეგ, რაც ღრუბელი დატვირთულია დადებითი მუხტებით, ის იწვევს ელექტრონების მოძრაობას მიწიდან, კონტაქტთან ელვისებური ჯოხი ღრუბლისკენ, რადგან, როგორც ვიცით, დადებითი მუხტები არ ტარდება, ამიტომ სწორი ალტერნატივაა ასო დ.
კითხვა 3) (მაკენზი) ელექტრიფიცირებული მეტალის სფერო, რომლის ელექტრული მუხტი ტოლია -20,0 μC, მოთავსებულია სხვა იდენტურ ელექტრონულად ნეიტრალურ სფეროსთან. შემდეგ, სფერო მოთავსებულია სხვა იდენტურთან, ელექტრიფიცირებულია 50.0 μC ტოლი ელექტრული მუხტით. ამ პროცედურის შემდეგ, სფეროები გამოყოფილია.
ამ პროცესის ბოლოს სფეროში შენახული ელექტრული მუხტი ტოლია:
ა) 20.0 მიკროციკლი
ბ) 30.0 მკგ
გ) 40.0 მკგ
დ) 50.0 მიკროციკლი
ე) 60.0 μC
შაბლონი: Ასო ა
რეზოლუცია:
განცხადება საუბრობს კონტაქტის ელექტროფიკაციის ორ პროცესზე, ორივე მოიცავს ორ ორგანოს, ამიტომ თითოეული პროცესის ბოლოს გავაკეთებთ მუხტის გაანგარიშებას, შეამოწმეთ:
თითოეულ კონტაქტზე ელექტრული მუხტების დამატებასა და დაყოფით ვხვდებით, რომ საბოლოო მუხტი უნდა იყოს 20,0 მკ, ამიტომ სწორი პასუხია ასო a.
შეფასება
|1| ცხრილი აღებულია: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
რაფაელ ჰელერბროკის მიერ
ფიზიკის მასწავლებელი
