Elektrifikācijas procesi ir parādības, kurās elektroni tiek pārvietoti no vienas ķermeņa uz otru, jo ir atšķirīgas summas elektriskie lādiņi kas pastāv starp diviem vai vairākiem ķermeņiem, vai pat iegūstot enerģiju no berze starp ķermeņiem.
Ir trīs elektrifikācijas procesu veidi, tie ir: berze, kontakts un indukcija. Izpratne par to, kā šie procesi notiek, izmantojot to definīcijas, kā arī vingrinājumu veikšanu, ir būtiska pētījuma sastāvdaļa unletrostatics - viena no visizcilākajām fizikas jomām starp fizikas saturu Valsts vidusskolas eksāmenā (Enem).
Skatīt arī: Padomi, ko studēt Enema fizikas jautājumiem
Kas ir elektrifikācija?
Elektrifikācija ir process pārvērst elektriski neitrālu ķermeni par elektriski uzlādētu ķermeni. Neitrālie ķermeņi ir tie, kuriem ir vienāds daudzums protoni un elektroni, jo šīs ir subatomiskās daļiņas, kas apveltītas ar elektrisko lādiņu.
Visi elektrifikācijas procesi sastāv no izņemt vai piegādāt ķermenim elektronus. To nevar teikt par protoniem, kuri tāpēc, ka ir iesprostoti
atomu kodols, nevar pārvadāt starp vienu atomu un otru. Tādējādi kad neitrāls ķermenis saņem elektronus, tā lādiņš kļūst negatīvs., gluži pretēji, kad tas zaudē elektronus, tā lādiņš kļūst pozitīvs.Viņi pastāv trīs atšķirīgas elektrifikācijas formas: pēc berzes, pēc kontakta un ar indukciju. Šajā rakstā mēs detalizēti apspriedīsim katru no tiem, sākot ar pirmo.
berzes elektrifikācija
Elektrifikācija ar berzi notiek galvenokārt kad divi vai vairāki izolācijas ķermeņi tiek berzēti viens pret otru. Ķermeņu berzes process dod enerģiju šo materiālu elektroniem. Elektroni no izolācijas materiāliem bieži tiek ļoti piesaistīti viņu pašu atomu kodoliem, tāpēc viņiem ir nepieciešama papildu enerģija, lai pārietu no viena ķermeņa uz otru.
Berzes elektrifikācijas laikā viens no ķermeņiem zaudē elektronus, bet otrs iegūst elektronus. Tādā veidā procesa beigās abiem ķermeņiem būs slodzes ar vienādu moduli, bet ar pretējām zīmēm.
Ne visi ķermeņi tiks elektrificēti, kad tos berzēs, lai uzzinātu, kuri materiālu pāri, kad tos berzē, kļūst elektrificēti, ir jāzina viņu ķermeņi. elektriskā afinitāte, jo ir materiāli, kuriem ir tendence iegūt elektronus, bet ir arī tādi, kas “dod priekšroku” to zaudēšanai. Šo afinitāti empīriski raksturo tabula, kas pazīstama kā triboelektriskās sērijas.
triboelektriskās sērijas atdala dažādus materiālus atbilstoši to tendencei iegūt vai zaudēt elektronus. tabulā|1| zemāk, piemēram, vispirmsmateriāli, tās augšpusē ir tie, kas mēdz iegūt slodzespozitīvs kad berzē, tas ir, viņi mēdz zaudētelektroni. Jūs jaunākie materiālisavukārt ir tie, kas mēdz absorbēt elektronus un līdz ar to arī parādīties negatīvās maksas pēc tam, kad tie ir noberzti, pārbaudiet:
Materiāls |
Cilvēka roku āda (sausa un beztauku) |
Stikls |
Sausie un bez taukiem cilvēka mati |
Akrils |
Tur |
Papīrs (sulfīts, salvetes, papīrs, ko izmanto roku žāvēšanai utt.) |
Piepūsta balona gumija |
Plastmasas PVC, PP, vinils (salmi, plastmasas maisiņi, PVC oderes utt.) |
Teflons |
Lai uzzinātu, kuri materiāli ir saderīgi, tas ir, kuri tiks elektrificēti, kad tos berzēs, mums tas ir jādara tabulā izvēlieties tos, kas ir vistālāk viens no otra, piemēram, pēdējo un pirmo piemērs. To darot, mēs nodrošinām, ka viens no elementiem absorbē elektronus, kurus atbrīvo otrs elements, ar kuru tas tiek berzēts.
Nepārtrauciet tūlīt... Pēc reklāmas ir vairāk;)
Elektrifikācija kontakta ceļā
Kontaktu elektrifikācija sastāv no panākt divu vadošu ķermeņu saskari, ja vismaz viens no tiem ir iepriekš ielādēts. Šis elektrifikācijas veids visbiežāk notiek starp materiāliemdiriģenti, jo elektroni tajos ir brīvi un tāpēc apveltīti ar lieliska mobilitāte. Tādā veidā nav nepieciešama papildu enerģija, lai liktu viņiem pāriet no viena ķermeņa uz otru.
kad divi identiski vadoši ķermeņi un elektriski uzlādēts pieskāriens, elektroni pāriet no viena ķermeņa uz otru, līdz abu elektriskie lādiņi ir vienādi. Tādējādi, ja mēs vēlamies uzzināt, kāda ir viņu galīgā maksa, mums tas vienkārši ir jādara vidējais aritmētiskais no kravām:
Iepriekšējais vienādojums ir derīgs tikai gadījumam, kur divi identiski vadoši ķermeņi tiek sazināti, ja attiecīgais gadījums ir saistīts ar vienlaicīgu kontaktu starp n ķermeņiem, jāņem vērā ķermeņu skaits, pārbaudiet:
Visbeidzot, ja ķermeņi ir no dažādi izmēri, mums jāsaprot, ka elektronu kustība notiks tikai tik ilgi, kamēr tā ir iespējamā atšķirība tāpēc starp tiem elektronu pāreja tiks pārtraukta, kad elektriskais potenciāls katram no viņiem ir vienāds.
Apsveriet divas vadošās sfēras A un B ar dažādu rādiusu, apzīmētas ar R un RB. Nākamajā attēlā mēs parādām elektriskā potenciāla formula katrai no šīm sfērām, tad mēs tos saskaņojam, lai iegūtu formulu, kas ļauj aprēķināt elektriskais lādiņš šajās sfērās pēc kontakta starp viņiem, skatīties:
J un QB - ķermeņu A un B elektriskā lādiņa
R un RB- ķermeņa A un B stari
U esB- ķermeņu A un B elektriskais potenciāls
indukcijas elektrifikācija
Indukcijas elektrifikācija sastāv no tuvināt iepriekš uzlādētu ķermeni, ko sauc par induktoru, tuvāk elektriski neitrālam vadošam ķermenim, ko sauc par inducētu, tā, lai lādiņu klātbūtne induktorā inducētā ķermeņa elektronus pārvietotos tā iekšienē, izraisot a polarizācija kravu.
lādiņu polarizācija tas nav nekas cits kā pozitīvu un negatīvu lādiņu atdalīšana. Polarizējot, inducētais ķermenis joprojām ir neitrāls, jo tam ir vienāds protonu un elektronu skaits. Tādējādi, lai šis ķermenis elektrificētos, ir nepieciešama cita ķermeņa klātbūtne vai pat līdzeklis, caur kuru elektroni var plūst. Kā likums, a zeme, kas sastāv no inducētā ķermeņa savienošanas ar zemi, izmantojot vadu.
Pēc iezemēšanas elektroni, kas atrodas armatūras korpusā, var plūst uz zemi vai no zemes uz armatūras korpusu saskaņā ar induktora korpusā esošo lādiņu zīmi.
In abstrakts, indukcijas elektrifikācijas process notiek šādās darbībās:
- 1. darbība: Tuvinājums starp induktoru un armatūru.
- 2. darbība: Armatūras slodžu polarizācija induktora tuvināšanas dēļ.
- 3. solis: Armatūras iezemēšana induktora klātbūtnē, lai elektroni varētu plūst no zemes vai uz zemes.
- 4. solis: Zemes noņemšana.
- 5. darbība: Induktora klīrenss.
Redzēt vairāk: Elektromagnētiskā indukcija - atbildīga par elektrisko strāvu parādīšanos vadošos materiālos
Vingrinājumi elektrifikācijas procesiem
1. jautājums) (IF-SP) Šajā tabulā parādītas triboelektriskās sērijas:
Trušu kažokāda |
 |
Stikls | |
Cilvēka mati | |
Vizla | |
Tur | |
kaķu āda | |
Zīds | |
Kokvilna | |
Dzintars | |
Ebonīts | |
Poliesteris | |
Polistirols | |
Plastmasa |
Izmantojot šo sēriju, ir iespējams noteikt elektrisko lādiņu, ko katrs materiāls iegūst, berzējot ar citu. Putupolistirols, berzējot ar vilnu, kļūst negatīvi uzlādēts.
Stikls, noberzējot ar zīdu, tiks uzlādēts:
a) pozitīvi, jo tas ieguva protonus.
b) pozitīvi, jo tas zaudēja elektronus.
c) negatīvi, jo tas ieguva elektronus.
d) negatīvi, jo zaudēja protonus.
e) ar nulles elektrisko lādiņu, jo stiklu nav iespējams elektrificēt.
Veidne: B burts
Izšķirtspēja:
Tā kā triboelektriskajā sērijā stikls parādās pirms zīda, tam ir lielāka tendence iegūt pozitīvus elektriskos lādiņus nekā zīdam, tāpēc pareizā alternatīva ir burts b.
2. jautājums) (IF-SP) Zibens ir augstas intensitātes elektriskā izlāde, kas vētras mākoņus savieno ar atmosfēru un zemi. Tipiska zibens intensitāte ir 30 000 ampēri, aptuveni tūkstoš reižu lielāka par elektriskās dušas intensitāti, un stari pārvietojas 5 km attālumā.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Piekļuve: 10.30.2012.)
Vētras laikā pozitīvi uzlādēts mākonis tuvojas ēkai, kurai ir zibensnovedējs, kā parādīts šajā attēlā:
Saskaņā ar paziņojumu var teikt, ka, izveidojot zibensnovedēja elektrisko izlādi,
a) protoni pāriet no mākoņa uz zibensnovedēju.
b) protoni pāriet no zibensnovedēja uz mākoni.
c) elektroni pāriet no mākoņa uz zibensnovedēju.
d) elektroni pāriet no zibensnovedēja uz mākoni.
e) elektroni un protoni pāriet no viena ķermeņa uz otru.
Veidne D burts
Izšķirtspēja:
Tā kā mākonis ir uzlādēts ar pozitīviem lādiņiem, tas izraisa elektronu kustību no zemes, saskaroties ar zibensnovedējs, mākoņa virzienā, jo, kā mēs zinām, pozitīvie lādiņi netiek vadīti, tāpēc pareizā alternatīva ir burts D.
3. jautājums) (Makenzijs) Elektrificētu metāla sfēru ar elektrisko lādiņu, kas vienāds ar -20,0 μC, ievieto saskarē ar citu identisku elektriski neitrālu sfēru. Tad sfēru novieto pret citu identisku, elektrificētu ar elektrisko lādiņu, kas vienāds ar 50,0 μC. Pēc šīs procedūras sfēras tiek atdalītas.
Šī procesa beigās sfērā uzkrātais elektriskais lādiņš ir vienāds ar:
a) 20,0 µC
b) 30,0 µC
c) 40,0 µC
d) 50,0 µC
e) 60,0 μC
Veidne: Vēstule a
Izšķirtspēja:
Paziņojumā runāts par diviem elektrifikācijas procesiem kontakta ceļā, abos iesaistot divus ķermeņus, tāpēc katra procesa beigās mēs aprēķināsim maksu, pārbaudiet:
Pievienojot un sadalot elektriskos lādiņus katram kontaktam, mēs secinām, ka galīgajam lādiņam jābūt 20,0 µC, tāpēc pareizā atbilde ir burts a.
Pakāpes
|1| Tabula ņemta no: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Autors Rafaels Hellerbroks
Fizikas skolotājs
