Elektrifikavimo procesai yra reiškiniai, kuriuose elektronų yra perkeliami iš vieno kūno į kitą, nes skiriasi jų kiekis elektros krūviai egzistuojančių tarp dviejų ar daugiau kūnų, arba net gaunant energiją iš trintis tarp kūnų.
Yra trys elektrifikavimo procesų tipai: trintis, kontaktas ir indukcija. Supratimas, kaip šie procesai vyksta, naudojant jų apibrėžimus ir atliekant pratimus, yra esminė tyrimo dalis. irletrostatika - viena ryškiausių fizikos sričių tarp fizikos turinio Nacionaliniame vidurinės mokyklos egzamine (Enem).
Taip pat žiūrėkite: Patarimai, ką studijuoti Enem fizikos klausimais
Kas yra elektrifikacija?
Elektrifikacija yra procesas elektrai neutralų kūną paversti elektra įkrautu kūnu. Neutralūs kūnai yra tie, kurie turi tokį patį kiekį protonų ir elektronų, nes tai yra subatominės dalelės, turinčios elektros krūvį.
Visi elektrifikavimo procesai susideda iš ištraukti arba tiekti kūnui elektronus. To negalima pasakyti apie protonus, kurie, kadangi yra įstrigę atomo branduolys, negali būti pernešamas tarp vieno atomo ir kito. Taigi,
kai neutralus kūnas priima elektronus, jo krūvis tampa neigiamas., atvirkščiai, kai jis praranda elektronus, jo krūvis tampa teigiamas.Jie egzistuoja trys skirtingos elektrifikacijos formos: trinties, kontakto ir indukcijos būdu. Šiame straipsnyje mes išsamiai aptarsime kiekvieną iš jų, pradedant nuo pirmojo.
trinties elektrifikacija
Elektrifikavimas vyksta daugiausia dėl trinties kai vienas į kitą trinamas du ar daugiau izoliacinių kūnų. Kūnų trynimo procesas suteikia energijos šių medžiagų elektronams. Elektronai iš izoliacinių medžiagų dažniausiai stipriai traukia savo atomų branduolius, todėl jiems reikia papildomos energijos, kad galėtų šokinėti iš vieno kūno į kitą.
Trinties elektrifikacijos metu vienas iš kūnų netenka elektronų, o kitas įgyja elektronų. Tokiu būdu proceso pabaigoje abu kūnai turės vienodo modulio, bet priešingų ženklų apkrovos.
Ne visi kūnai įsielektrins trinant, norint žinoti, kurios medžiagų poros trinant įsielektrina, reikia žinoti jų elektrinis giminingumas, nes yra medžiagų, kurios linkusios įgyti elektronus, tačiau yra ir tokių, kurios „norėtų“ juos prarasti. Šis giminingumas empiriškai apibūdinamas lentele, žinoma kaip triboelektrinė serija.
THE triboelektrinė serija atskiria skirtingas medžiagas pagal jų polinkį įgyti arba prarasti elektronus. ant stalo|1| žemiau, pavyzdžiui, Pirmasmedžiagos, jo viršuje yra tie, kurie linkę įsigyti apkrovųteigiamas kai trinamas, tai yra jie linkę prarastielektronų. Tu naujausios medžiagos, savo ruožtu, yra tie, kurie linkę sugerti elektronus ir todėl pateikti neigiami krūviai po to, kai jie buvo įtrinti, patikrinkite:
Medžiaga |
Žmogaus rankų oda (sausa ir neriebi) |
Stiklas |
Sausi ir neriebūs žmogaus plaukai |
Akrilas |
Ten |
Popierius (sulfitas, servetėlės, rankoms nusausinti naudojamas popierius ir kt.) |
Pripūsta baliono guma |
Plastikinis PVC, PP, vinilas (šiaudai, plastikiniai maišeliai, PVC pamušalai ir kt.) |
teflonas |
Kad žinotume, kurios medžiagos yra suderinamos, tai yra, kurios bus įelektrintos trinant, turime Lentelėje pasirinkite toliausiai vienas nuo kito esančius, pvz., paskutinį ir pirmąjį pavyzdys. Taip elgdamiesi užtikriname, kad vienas iš elementų sugers elektronus, kuriuos išlaisvina kitas elementas, kuriuo jis yra trinamas.
Elektrifikavimas kontaktiniu būdu
Kontaktinė elektrifikacija susideda iš kad du laidus korpusai susiliestų, jei bent vienas iš jų yra iš anksto įkrautas. Šio tipo elektrifikacija dažniausiai vyksta tarp medžiagųlaidininkai, nes juose esantys elektronai yra laisvi ir todėl jiems suteikiami didelis mobilumas. Tokiu būdu nereikia papildomos energijos, kad jie šokinėtų iš vieno kūno į kitą.
kai du identiški laidūs kūnai ir elektriškai įkrautas prisilietimas, elektronai pereina iš vieno kūno į kitą, kol abiejų elektriniai krūviai yra lygūs. Tokiu būdu, jei norime sužinoti, koks galutinis krūvis yra tarp jų, tereikia tai padaryti aritmetinis vidurkis iš krovinių:
Ankstesnė lygtis yra galioja tik tuo atveju, kai du vienodi laidūs kūnai yra susisiekę, jei nagrinėjamas atvejis buvo susijęs su tuo pačiu metu kontaktu tarp n kūnų, reikėtų atsižvelgti į kūnų skaičių, patikrinkite:
Galiausiai, jei kūnai yra iš skirtingų dydžių, turime suvokti, kad elektronai judės tik tol, kol bus potencialų skirtumą tarp jų, todėl elektronai nutrūks, kai elektrinis potencialas yra vienodas kiekvienam iš jų.
Apsvarstykite dvi skirtingų spindulių laidžiąsias sferas A ir B, pažymėtas RTHE ir RB. Toliau esančiame paveikslėlyje parodysime elektrinio potencialo formulė kiekvienos iš šių sferų, tada jas suderiname taip, kad gautume formulę, leidžiančią apskaičiuoti elektros krūvis šiose sferose po jų tarpusavio kontakto, žiūrėti:
KTHE ir QB – kūnų A ir B elektrinis krūvis
RTHE ir RB– kūnų A ir B spinduliai
UTHE ašB– kūnų A ir B elektrinis potencialas
indukcinis elektrifikavimas
Indukcinis elektrifikavimas susideda iš priartinkite anksčiau įkrautą kūną, vadinamą induktoriumi, arčiau elektrai neutralaus laidžio kūno, vadinamo indukuotu, kad dėl induktoriaus krūvių elektronai indukuotame kūne judėtų jo viduje, sukeldami poliarizacija krovinių.
THE krūvių poliarizacija tai ne kas kita, kaip teigiamų ir neigiamų krūvių atskyrimas. Kai poliarizuotas, indukuotas kūnas vis dar yra neutralus, nes jame yra tiek pat protonų ir elektronų. Taigi, kad šis kūnas įsielektrintų, būtinas kito kūno buvimas ar net priemonė, per kurią elektronai galėtų tekėti. Kaip taisyklė, a žemės, kuris susideda iš indukuoto kūno prijungimo prie žemės per laidinę laidą.
Po įžeminimo armatūros korpuse esantys elektronai gali tekėti link žemės arba iš žemės armatūros korpuso link, pagal induktoriaus korpuse esančių krūvių ženklą.
Į abstrakčiai, indukcinis elektrifikavimo procesas vyksta šiais etapais:
- 1 žingsnis: Aproksimacija tarp induktoriaus ir armatūros.
- 2 žingsnis: Armatūros apkrovų poliarizacija dėl induktoriaus aproksimacijos.
- 3 veiksmas: Armatūros įžeminimas, esant induktoriui, kad elektronai galėtų tekėti iš žemės arba į žemę.
- 4 veiksmas: Grunto pašalinimas.
- 5 veiksmas: Induktoriaus tarpas.
Žiūrėti daugiau: Elektromagnetinė indukcija – atsakinga už elektros srovių atsiradimą laidžiose medžiagose
Pratimai apie elektrifikacijos procesus
1 klausimas) (IF-SP) Žemiau esančioje lentelėje parodyta triboelektrinė serija:
Triušio kailis |
 |
Stiklas | |
Žmogaus plaukai | |
Žėrutis | |
Ten | |
katės oda | |
Šilkas | |
Medvilnė | |
Gintaras | |
Ebonitas | |
Poliesteris | |
Polistirenas | |
Plastmasinis |
Per šią seriją galima nustatyti elektros krūvį, kurį įgyja kiekviena medžiaga, kai ji trinama kita. Polistirolas, trinamas su vilna, įkraunamas neigiamai.
Stiklas, trinamas šilku, bus įkraunamas:
a) teigiamai, nes įgijo protonų.
b) teigiamai, nes prarado elektronus.
c) neigiamai, nes įgijo elektronų.
d) neigiamai, nes prarado protonus.
e) su nuliniu elektros krūviu, nes neįmanoma, kad stiklas būtų elektrifikuotas.
Atsiliepimas: B raidė
Rezoliucija:
Kadangi stiklas triboelektrinėje serijoje yra prieš šilką, jis turi didesnį polinkį įgyti teigiamų elektros krūvių nei šilkas, todėl teisinga alternatyva yra raidė b.
2 klausimas) (IF-SP) Žaibas yra didelio intensyvumo elektros iškrova, jungianti audros debesis su atmosfera ir žeme. Įprastas žaibo stiprumas yra 30 000 amperų, maždaug tūkstantį kartų didesnis už elektrinio dušo stiprumą, o spinduliai sklinda maždaug 5 km atstumu.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Prieiga: 2012-10-30.)
Audros metu teigiamai įkrautas debesis artėja prie pastato, kuriame yra žaibolaidis, kaip parodyta paveikslėlyje:
Remiantis pareiškimu, galima teigti, kad, nustatant elektros iškrovą žaibolaidyje,
a) protonai pereina iš debesies į žaibolaidį.
b) protonai pereina iš žaibolaidžio į debesį.
c) elektronai pereina iš debesies į žaibolaidį.
d) elektronai pereina iš žaibolaidžio į debesį.
e) elektronai ir protonai pereina iš vieno kūno į kitą.
Atsiliepimas D raidė
Rezoliucija:
Kadangi debesis yra įkrautas teigiamais krūviais, jis skatina elektronų judėjimą iš žemės, susilietus su žaibolaidis link debesies, nes, kaip žinome, teigiami krūviai nėra atliekami, todėl teisinga alternatyva yra raidė D.
3 klausimas) (Mackenzie) Įelektrintas metalinis rutulys, kurio elektros krūvis lygus -20,0 μC, liečiasi su kita identiška elektriškai neutralia sfera. Tada rutulys statomas prieš kitą identišką, elektrifikuotą 50,0 μC elektros krūviu. Po šios procedūros sferos yra atskiriamos.
Sferoje sukauptas elektros krūvis šio proceso pabaigoje yra lygus:
a) 20,0 µC
b) 30,0 µC
c) 40,0 µC
d) 50,0 µC
e) 60,0 µC
Atsiliepimas: Raidė A
Rezoliucija:
Pareiškime kalbama apie du elektrifikavimo kontaktiniu būdu procesus, abu apimančius du organus, todėl kiekvieno proceso pabaigoje atliksime krūvio apskaičiavimą, patikrinkite:
Sudėjus ir padalijus kiekvieno kontakto elektros krūvius, gauname, kad galutinis įkrovimas turėtų būti 20,0 µC, todėl teisingas atsakymas yra raidė a.
Įvertinimai
|1| Lentelė paimta iš: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Rafaelis Hellerbrockas
Fizikos mokytojas
Šaltinis: Brazilijos mokykla - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm