Elektrifikācijas procesi ir parādības, kurās elektroni tiek pārnestas no viena ķermeņa uz otru, jo atšķiras daudzums elektriskie lādiņi kas pastāv starp diviem vai vairākiem ķermeņiem vai pat iegūstot enerģiju no berze starp ķermeņiem.
Ir trīs veidu elektrifikācijas procesi, tie ir: berze, kontakts un indukcija. Izpratne par to, kā šie procesi notiek, izmantojot to definīcijas, kā arī veicot vingrinājumus, ir būtiska pētījuma daļa unletrostatika — viena no ievērojamākajām fizikas jomām starp fizikas saturu valsts vidusskolas eksāmenā (Enem).
Skatīt arī: Padomi, ko pētīt Enem fizikas jautājumiem
Kas ir elektrifikācija?
Elektrifikācija ir process, kurā pārvērst elektriski neitrālu ķermeni par elektriski lādētu ķermeni. Neitrālie ķermeņi ir tie, kuriem ir vienāds daudzums protoni un elektroni, jo tās ir subatomiskās daļiņas, kas apveltītas ar elektrisko lādiņu.
Visi elektrifikācijas procesi sastāv no izņemt vai piegādāt ķermenim elektronus. To nevar teikt par protoniem, kuri, tā kā tie ir iesprostoti
atoma kodols, nevar pārvadāt starp vienu atomu un otru. Tādējādi kad neitrāls ķermenis saņem elektronus, tā lādiņš kļūst negatīvs., otrādi, kad tas zaudē elektronus, tā lādiņš kļūst pozitīvs.Tie pastāv trīs atšķirīgas elektrifikācijas formas: ar berzi, ar kontaktu un ar indukciju. Šajā rakstā mēs detalizēti apspriedīsim katru no tiem, sākot ar pirmo.
berzes elektrifikācija
Elektrifikācija galvenokārt notiek berzes rezultātā kad divi vai vairāki izolējošie korpusi tiek berzēti viens pret otru. Ķermeņu berzes process dod enerģiju šajos materiālos esošajiem elektroniem. Izolācijas materiālu elektroni parasti tiek spēcīgi piesaistīti savu atomu kodoliem, tāpēc tiem ir nepieciešama papildu enerģija, lai pārlēktu no viena ķermeņa uz otru.
Berzes elektrifikācijas laikā viens no ķermeņiem zaudē elektronus, bet otrs iegūst elektronus. Tādā veidā procesa beigās abi ķermeņi būs vienāda moduļa, bet pretēju zīmju slodzes.
Ne visi ķermeņi berzējot elektrizējas, lai zinātu, kuri materiālu pāri, beržot, elektrizējas, ir jāzina tie elektriskā afinitāte, jo ir materiāli, kuriem ir tendence iegūt elektronus, bet ir arī tādi, kas tos “labprātāk” pazaudē. Šo afinitāti empīriski apraksta tabula, kas pazīstama kā triboelektriskās sērijas.
THE triboelektriskās sērijas atdala dažādus materiālus pēc to tendences iegūt vai zaudēt elektronus. uz galda|1| zemāk, piemēram, vispirmsmateriāli, tā augšpusē ir tie, kas mēdz iegūt slodzespozitīvs kad berzē, tas ir, viņi mēdz zaudētelektroni. Tu jaunākie materiāli, savukārt, ir tie, kuriem ir tendence absorbēt elektronus un tādējādi prezentēt negatīvi lādiņi pēc tam, kad tie ir berzēti, pārbaudiet:
Materiāls |
Cilvēka roku āda (sausa un beztauku) |
Stikls |
Sausi un beztauku cilvēku mati |
Akrils |
Tur |
Papīrs (sulfīts, salvetes, papīrs roku žāvēšanai utt.) |
Piepūsta balona gumija |
Plastmasas PVC, PP, vinils (salmi, plastmasas maisiņi, PVC oderes utt.) |
teflons |
Lai zinātu, kuri materiāli ir saderīgi, tas ir, kuri tiks elektrificēti berzes laikā, mums tas ir jādara tabulā izvēlieties tos, kas atrodas vistālāk viens no otra, piemēram, pēdējo un pirmo piemērs. To darot, mēs nodrošinām, ka viens no elementiem absorbē elektronus, ko atbrīvo otrs elements, ar kuru tas tiek berzēts.
Elektrifikācija ar kontaktu
Kontaktu elektrifikācija sastāv no pieskaras diviem vadošiem ķermeņiem, ja vismaz viens no tiem ir iepriekš noslogots. Šis elektrifikācijas veids visbiežāk notiek starp materiāliemdiriģenti, jo tajos esošie elektroni ir brīvi un tāpēc apveltīti ar lieliska mobilitāte. Tādā veidā nav nepieciešama papildu enerģija, lai tie lēktu no viena ķermeņa uz otru.
kad divi identiski vadošie orgāni un elektriski uzlādēts pieskāriens, elektroni pāriet no viena ķermeņa uz otru, līdz abu elektriskie lādiņi ir vienādi. Tādā veidā, ja mēs vēlamies uzzināt, kāds ir galīgais lādiņš starp tiem, mums vienkārši jādara aritmētiskais vidējais no kravām:
Iepriekšējais vienādojums ir derīga tikai gadījumam, ja divi identiski vadošie ķermeņi ir nonākuši saskarē, ja konkrētajā gadījumā bija vienlaicīga saskare starp n iestādēm, jāņem vērā ķermeņu skaits, pārbaudiet:
Visbeidzot, ja ķermeņi ir no dažādi izmēri, mums ir jāsaprot, ka elektronu kustība būs tikai tik ilgi, kamēr tā būs iespējamā atšķirība starp tiem, tāpēc elektronu pāreja pārtrauks, kad elektriskais potenciāls katram no tiem ir vienāds.
Apsveriet divas vadošas sfēras A un B ar dažādiem rādiusiem, kas apzīmētas ar RTHE un RB. Nākamajā attēlā mēs parādām elektriskā potenciāla formula no katras no šīm sfērām, tad mēs tās saskaņojam tā, lai iegūtu formulu, kas ļauj mums aprēķināt elektriskais lādiņš šajās sfērās pēc kontakta starp viņiem, skaties:
JTHE un QB – ķermeņa A un B elektriskais lādiņš
RTHE un RB– ķermeņu A un B stari
UTHE esB– ķermeņu A un B elektriskais potenciāls
indukcijas elektrifikācija
Indukcijas elektrifikācija sastāv no pietuviniet iepriekš uzlādētu ķermeni, ko sauc par induktors, tuvāk elektriski neitrālam vadošam ķermenim, ko sauc par inducētu, lai induktora lādiņu klātbūtne izraisītu elektronu kustību inducētajā ķermenī, izraisot polarizācija no slodzēm.
THE lādiņu polarizācija tas nav nekas vairāk kā pozitīvo un negatīvo lādiņu atdalīšana. Kad tas ir polarizēts, inducētais ķermenis joprojām ir neitrāls, jo tajā ir vienāds protonu un elektronu skaits. Tādējādi, lai šis ķermenis kļūtu elektrificēts, 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 vadītāja vadu.
Pēc zemējuma armatūras korpusā esošie elektroni var plūst uz zemi vai no zemes uz armatūras korpusu atbilstoši induktora korpusā esošo lādiņu zīmei.
In abstrakts, indukcijas elektrifikācijas process notiek šādos posmos:
- 1. darbība: Aproksimācija starp induktors un armatūru.
- 2. darbība: Armatūras slodžu polarizācija induktora aproksimācijas dēļ.
- 3. darbība: Armatūras zemējums, induktora klātbūtnē, lai elektroni varētu plūst no zemes vai uz zemi.
- 4. darbība: Zemes noņemšana.
- 5. darbība: Induktora klīrenss.
Redzēt vairāk: Elektromagnētiskā indukcija - atbildīga par elektrisko strāvu rašanos vadošos materiālos
Vingrinājumi par elektrifikācijas procesiem
1. jautājums (IF-SP) Zemāk esošajā tabulā parādītas triboelektriskās sērijas:
Truša kažokādas |
 |
Stikls | |
Cilvēka mati | |
Vizla | |
Tur | |
kaķa āda | |
Zīds | |
Kokvilna | |
Dzintars | |
Ebonīts | |
Poliesters | |
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, berzējot ar zīdu, tiks uzlādēts:
a) pozitīvi, jo tas ieguva protonus.
b) pozitīvi, jo tas zaudēja elektronus.
c) negatīvi, jo tā ieguva elektronus.
d) negatīvi, jo tas zaudēja protonus.
e) ar nulles elektrisko lādiņu, jo nav iespējams stiklu elektrificēt.
Atsauksmes: B burts
Izšķirtspēja:
Tā kā stikls triboelektriskajā sērijā 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 savieno negaisa mākoņus ar atmosfēru un zemi. Tipiskā zibens intensitāte ir 30 000 ampēru, kas ir aptuveni tūkstoš reižu lielāka par elektriskās dušas intensitāti, un stari pārvietojas apmēram 5 km attālumā.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Skatīts: 10.30.2012.)
Vētras laikā pozitīvi uzlādēts mākonis tuvojas ēkai, kurā ir zibensnovedējs, kā parādīts attēlā:
Saskaņā ar paziņojumu var teikt, ka, konstatējot elektrisko izlādi zibensnovedējā,
a) protoni pāriet no mākoņa uz zibensnovedēju.
b) protoni pāriet no zibens stieņa uz mākoni.
c) elektroni pāriet no mākoņa uz zibensnovedēju.
d) elektroni pāriet no zibens stieņa uz mākoni.
e) elektroni un protoni pāriet no viena ķermeņa uz otru.
Atsauksmes Burts D
Izšķirtspēja:
Tā kā mākonis ir uzlādēts ar pozitīviem lādiņiem, tas izraisa elektronu kustību no zemes, saskaroties ar zibensnovedējs virzienā uz mākoni, jo, kā zināms, pozitīvie lādiņi netiek vadīti, tāpēc pareizā alternatīva ir burts D.
3. jautājums (Makenzija) Elektrificēta metāla sfēra, kuras elektriskais lādiņš ir vienāds ar -20,0 μC, tiek novietota saskarē ar citu identisku elektriski neitrālu sfēru. Pēc tam sfēra tiek novietota pret citu identisku, elektrificētu ar elektrisko lādiņu, kas vienāds ar 50,0 μC. Pēc šīs procedūras sfēras tiek atdalītas.
Sfērā uzkrātais elektriskais lādiņš šī procesa beigās ir vienāds ar:
a) 20,0 µC
b) 30,0 µC
c) 40,0 µC
d) 50,0 µC
e) 60,0 µC
Atsauksmes: Burts a
Izšķirtspēja:
Paziņojumā ir runāts par diviem kontakta elektrifikācijas procesiem, abos iesaistot divas struktūras, tāpēc katra procesa beigās mēs veiksim lādiņa aprēķinu, pārbaudiet:
Saskaitot un sadalot katra kontakta elektriskos lādiņus, mēs atklājam, ka galīgajam lādiņam jābūt 20,0 µC, tāpēc pareizā atbilde ir burts a.
Atzīmes
|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
Avots: Brazīlijas skola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm
