Elektrificatieprocessen zijn verschijnselen waarbij elektronen worden overgedragen van het ene lichaam naar het andere vanwege een verschil in de hoeveelheid elektrische ladingen bestaande tussen twee of meer lichamen, of zelfs door het verkrijgen van energie uit de wrijving tussen lichamen.
Er zijn drie soorten elektrificatieprocessen, namelijk: wrijving, contact en inductie. Begrijpen hoe deze processen plaatsvinden, zowel door hun definities als door het uitvoeren van oefeningen, is een fundamenteel onderdeel van de studie van enletrostatica - een van de meest prominente gebieden van de natuurkunde onder de natuurkunde-inhoud in het National High School Exam (Enem).
Zie ook: Tips over wat te studeren voor Enem natuurkunde vragen
Wat is elektrificatie?
Elektrificatie is het proces van verander een elektrisch neutraal lichaam in een elektrisch geladen lichaam. Neutrale lichamen zijn die met dezelfde hoeveelheid protonen en elektronen, aangezien dit de subatomaire deeltjes zijn die een elektrische lading hebben.
Alle elektrificatieprocessen bestaan uit: elektronen terugtrekken of leveren aan een lichaam. Hetzelfde kan niet gezegd worden van de protonen, die, omdat ze gevangen zitten in de atoomkern, kan niet tussen het ene atoom en het andere worden vervoerd. Dus, wanneer een neutraal lichaam elektronen ontvangt, wordt de lading negatief., omgekeerd, wanneer het elektronen verliest, wordt de lading positief.
Ze bestaan drie verschillende vormen van elektrificatie: door wrijving, door contact en door inductie. In dit artikel zullen we ze allemaal in detail bespreken, te beginnen met de eerste.
wrijvingselektrificatie
De elektrificatie door wrijving gebeurt voornamelijk wanneer twee of meer isolerende lichamen tegen elkaar worden gewreven. Het proces van het wrijven van de lichamen geeft energie aan de elektronen in deze materialen. Elektronen uit isolatiematerialen worden meestal sterk aangetrokken door de kernen van hun eigen atomen, dus hebben ze extra energie nodig om van het ene lichaam naar het andere te springen.
Tijdens frictie-elektrificatie verliest een van de lichamen elektronen en de andere krijgt elektronen. Op deze manier hebben de twee lichamen aan het einde van het proces: ladingen van gelijke modulus maar van tegenovergestelde tekens.
Niet alle lichamen zullen geëlektrificeerd worden wanneer ze worden gewreven, om te weten welke paren materialen, wanneer ze worden gewreven, geëlektrificeerd worden, is het noodzakelijk om hun elektrische affiniteit, aangezien er materialen zijn die de neiging hebben om elektronen op te nemen, maar er zijn er ook die deze "liever" verliezen. Deze affiniteit wordt empirisch beschreven door een tabel die bekend staat als tribo-elektrische serie.
DE tribo-elektrische serie scheidt verschillende materialen op basis van hun neiging om elektronen te winnen of te verliezen. op de tafel|1| hieronder, bijvoorbeeld de eerstmaterialen, bovenaan staan degenen die de neiging hebben om te verwerven ladingenpositief wanneer ze worden gewreven, dat wil zeggen, ze hebben de neiging om verliezenelektronen. Jij nieuwste materialenzijn op hun beurt degenen die de neiging hebben om elektronen te absorberen en daarom presenteren negatieve ladingen nadat ze zijn ingewreven, controleert u:
Materiaal |
Menselijke handhuid (droog en vetvrij) |
Glas |
Droog en vetvrij mensenhaar |
Acryl |
Daar |
Papier (sulfiet, servetten, papier om handen te drogen, enz.) |
Opgeblazen ballonrubber |
Kunststof PVC, PP, vinyl (stro, plastic zakken, pvc-voeringen, enz.) |
teflon |
Om te weten welke materialen compatibel zijn, dat wil zeggen, die zullen worden geëlektrificeerd wanneer ze worden gewreven, moeten we: kies degene die het verst van elkaar verwijderd zijn in de tabel, zoals de laatste en de eerste, door voorbeeld. Zo zorgen we ervoor dat een van de elementen de elektronen opneemt die vrijkomen bij het andere element waarmee het wordt ingewreven.
Elektrificatie door contact
Contactelektrificatie bestaat uit: twee geleidende lichamen met elkaar in contact laten komen, op voorwaarde dat er minstens één voorgeladen is. Dit type elektrificatie vindt meestal plaats tussen: materialengeleiders, omdat de elektronen erin vrij zijn en daarom begiftigd met grote mobiliteit. Op deze manier is er geen extra energie nodig om ze van het ene lichaam naar het andere te laten springen.
wanneer twee identieke geleidende lichamen en elektrisch geladen aanraking, gaan elektronen van het ene lichaam naar het andere totdat de elektrische ladingen van beide gelijk zijn. Op deze manier, als we willen weten wat de uiteindelijke lading tussen hen is, hoeven we alleen maar de rekenkundig gemiddelde van de ladingen:
De vorige vergelijking is alleen geldig voor het geval dat twee identieke geleidende lichamen met elkaar in contact worden gebracht, indien in het betreffende geval sprake was van gelijktijdig contact tussen n instanties, dient rekening te worden gehouden met het aantal instanties, controleer:
Eindelijk, als de lichamen afkomstig zijn van... verschillende maten, moeten we ons realiseren dat er alleen beweging van elektronen zal zijn zolang er is potentieel verschil tussen hen, daarom zal de doorgang van elektronen ophouden wanneer de elektrisch potentieel is voor elk van hen hetzelfde.
Beschouw twee geleidende bollen A en B, met verschillende stralen, aangeduid met RDE en RB. In de volgende afbeelding tonen we de elektrische potentiaal formule: van elk van deze sferen, dan matchen we ze zodat we de formule krijgen waarmee we de. kunnen berekenen elektrische lading in deze sferen na contact tussen hen, kijk maar:
QDE en QB – elektrische lading van lichamen A en B
RDE en RB– stralen van lichamen A en B
UDE mijB– elektrisch potentiaal van lichamen A en B
inductie elektrificatie
Inductie-elektrificatie bestaat uit: breng een eerder geladen lichaam, een inductor genaamd, dichter bij een elektrisch neutraal geleidend lichaam, een geïnduceerd, zodat de aanwezigheid van inductorladingen ervoor zorgt dat de elektronen in het geïnduceerde lichaam erin bewegen, waardoor a polarisatie van ladingen.
DE polarisatie van ladingen het is niets meer dan een scheiding tussen positieve en negatieve ladingen. Wanneer gepolariseerd, is het geïnduceerde lichaam nog steeds neutraal, omdat het hetzelfde aantal protonen en elektronen heeft. Om dit lichaam onder stroom te zetten, is dus de aanwezigheid van een ander lichaam nodig, of zelfs een middel waardoor de elektronen kunnen stromen. In de regel is een grond, die bestaat uit het verbinden van het geïnduceerde lichaam met de aarde, via een geleiderdraad.
Na aarding kunnen de in het ankerlichaam aanwezige elektronen naar de aarde of van de aarde naar het ankerlichaam stromen, al naar gelang het teken van de in het spoellichaam aanwezige ladingen.
In abstract, vindt het inductie-elektrificatieproces plaats in de volgende stappen:
- Stap 1: Benadering tussen de inductor en het anker.
- Stap 2: Polarisatie van ankerbelastingen als gevolg van inductorbenadering.
- Stap 3: Aarding van het anker, in aanwezigheid van de inductor, zodat elektronen van de grond of naar de grond kunnen stromen.
- Stap 4: Grond verwijderen.
- Stap 5: Inductor speling.
Bekijk meer: Elektromagnetische inductie - verantwoordelijk voor het ontstaan van elektrische stromen in geleidende materialen
Oefeningen op elektrificatieprocessen
Vraag 1) (IF-SP) De onderstaande tabel toont de tribo-elektrische reeks:
Konijnenvacht |
 |
Glas | |
Menselijk haar | |
Mica | |
Daar | |
kattenhuid | |
Zijde | |
Katoen | |
Amber | |
Eboniet | |
Polyester | |
Polystyreen | |
Plastic |
Door deze reeks is het mogelijk om de elektrische lading te bepalen die door elk materiaal wordt verkregen wanneer het met een ander wordt gewreven. Styrofoam wordt, wanneer het wordt ingewreven met wol, negatief geladen.
Wanneer het glas met de zijde wordt ingewreven, wordt het volgende in rekening gebracht:
a) positief, omdat het protonen kreeg.
b) positief, omdat het elektronen verloor.
c) negatief, omdat het elektronen kreeg.
d) negatief, omdat het protonen verloor.
e) zonder elektrische lading, aangezien het onmogelijk is voor het glas om te worden geëlektrificeerd.
Feedback: Letter B
Oplossing:
Omdat glas in de tribo-elektrische reeks vóór zijde verschijnt, heeft het een grotere neiging om positieve elektrische ladingen te verwerven dan zijde, dus het juiste alternatief is de letter b.
Vraag 2) (IF-SP) Bliksem is een elektrische ontlading met hoge intensiteit die onweerswolken verbindt met de atmosfeer en de grond. De typische intensiteit van bliksem is 30.000 ampère, ongeveer duizend keer de intensiteit van een elektrische douche, en de stralen reizen over afstanden in de orde van 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Betreden op: 10.30.2012.)
Tijdens een storm nadert een positief geladen wolk een gebouw met een bliksemafleider, zoals weergegeven in de volgende afbeelding:
Volgens de verklaring kan worden gezegd dat bij het vaststellen van een elektrische ontlading in de bliksemafleider,
a) protonen gaan van de wolk naar de bliksemafleider.
b) protonen gaan van de bliksemafleider naar de wolk.
c) elektronen gaan van de wolk naar de bliksemafleider.
d) elektronen gaan van de bliksemafleider naar de wolk.
e) elektronen en protonen gaan van het ene lichaam naar het andere.
Feedback Letter D
Oplossing:
Omdat de wolk is geladen met positieve ladingen, induceert hij de beweging van elektronen vanaf de grond, in contact met de bliksemafleider, richting de wolk, aangezien, zoals we weten, de positieve ladingen niet worden geleid, dus het juiste alternatief is de letter D.
Vraag 3) (Mackenzie) Een geëlektrificeerde metalen bol, met een elektrische lading gelijk aan -20,0 μC, wordt in contact gebracht met een andere identieke elektrisch neutrale bol. Vervolgens wordt de bol tegen een andere identieke bol geplaatst, geëlektrificeerd met een elektrische lading gelijk aan 50,0 μC. Na deze procedure worden de bollen gescheiden.
De elektrische lading die aan het einde van dit proces in de bol is opgeslagen, is gelijk aan:
a) 20,0 µC
b) 30,0 µC
c) 40,0 µC
d) 50,0 µC
e) 60,0 µC
Feedback: Letter A
Oplossing:
De verklaring spreekt over twee processen van elektrificatie door contact, beide waarbij twee lichamen betrokken zijn, dus we zullen de lading aan het einde van elk proces berekenen, controleer:
Door de elektrische ladingen op elk van de contacten op te tellen en te delen, vinden we dat de uiteindelijke lading 20,0 C moet zijn, dus het juiste antwoord is de letter a.
Cijfers
|1| Tabel ontleend aan: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Door Rafael Hellerbrock
Natuurkunde leraar
Bron: Brazilië School - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm