Procesy elektryfikacji są zjawiskami, w których elektrony są przenoszone z jednego ciała do drugiego z powodu różnicy w ilości ładunki elektryczne istniejącą między dwoma lub więcej ciałami, a nawet poprzez pozyskiwanie energii z tarcie między ciałami.
Istnieją trzy rodzaje procesów elektryfikacji, są to: tarcie, kontakt i indukcja. Zrozumienie, w jaki sposób zachodzą te procesy, poprzez ich definicje, a także poprzez wykonywanie ćwiczeń, jest fundamentalną częścią badania orazletostatyka — jeden z najwybitniejszych obszarów fizyki wśród treści fizyki w National High School Exam (Enem).
Zobacz też: Wskazówki, co studiować w przypadku pytań dotyczących fizyki Enem
Czym jest elektryfikacja?
Elektryfikacja to proces zamień elektrycznie neutralne ciało w elektrycznie naładowane ciało. Ciała neutralne to te, które mają taką samą ilość protony oraz elektrony, ponieważ są to cząstki subatomowe obdarzone ładunkiem elektrycznym.
Wszystkie procesy elektryfikacji składają się z wycofać lub dostarczyć elektrony do ciała
. Tego samego nie można powiedzieć o protonach, które, ponieważ są uwięzione w jądro atomowe, nie mogą być przenoszone między jednym atomem a drugim. Zatem, kiedy neutralne ciało otrzymuje elektrony, jego ładunek staje się ujemny., odwrotnie, kiedy traci elektrony, jego ładunek staje się dodatni.Oni istnieją trzy różne formy elektryfikacji: przez tarcie, przez kontakt i przez indukcję. W tym artykule szczegółowo omówimy każdy z nich, zaczynając od pierwszego.
elektryfikacja tarciowa
Do elektryzowania przez tarcie dochodzi głównie gdy dwa lub więcej elementów izolujących ociera się o siebie. Proces pocierania ciał oddaje energię elektronom w tych materiałach. Elektrony z materiałów izolacyjnych są zwykle silnie przyciągane do jąder własnych atomów, więc potrzebują dodatkowej energii, aby przeskoczyć z jednego ciała do drugiego.
Podczas elektryfikacji tarciowej jedno z ciał traci elektrony, a drugie je zyskuje. W ten sposób, pod koniec procesu, oba ciała będą miały ładunki o równym module, ale o przeciwnych znakach.
Nie wszystkie ciała zostaną naelektryzowane podczas pocierania, aby wiedzieć, które pary materiałów podczas pocierania ulegają naelektryzowaniu, konieczne jest poznanie ich powinowactwo elektryczne, ponieważ istnieją materiały, które mają tendencję do zdobywania elektronów, ale są też takie, które „wolą” je tracić. To powinowactwo jest opisane empirycznie przez tabelę znaną jako seria tryboelektryczna.
TEN seria tryboelektryczna oddziela różne materiały zgodnie z ich tendencją do zdobywania lub utraty elektronów. na stole|1| poniżej, na przykład, pierwszymateriały, na górze są ci, którzy mają tendencję do nabywania masapozytywny to znaczy po potarciu mają tendencję do stracićelektrony. Ty najnowsze materiały, z kolei to te, które mają tendencję do pochłaniania elektronów, a zatem do prezentowania ujemne opłaty po przetarciu sprawdzić:
Materiał |
Ludzka skóra dłoni (sucha i odtłuszczona) |
Szkło |
Suche i odtłuszczone ludzkie włosy |
Akryl |
Tam |
Papier (siarczyn, serwetki, papier do suszenia rąk itp.) |
Napompowana guma balonowa |
Plastikowe PCV, PP, winyl (słoma, torby foliowe, wykładziny pcv itp.) |
Teflon |
Aby wiedzieć, które materiały są kompatybilne, czyli które zostaną naelektryzowane podczas pocierania, musimy wybierz te najbardziej oddalone od siebie w tabeli, takie jak ostatni i pierwszy, do przykład. W ten sposób zapewniamy, że jeden z pierwiastków absorbuje elektrony uwalniane przez drugi pierwiastek, którym jest pocierany.
Elektryfikacja przez kontakt
Na elektryfikację styków składa się doprowadzić do zetknięcia się dwóch ciał przewodzących, pod warunkiem, że przynajmniej jeden z nich jest wstępnie obciążony. Ten rodzaj elektryfikacji zdarza się najczęściej między materiałyprzewodniki, ponieważ elektrony w nich są wolne, a zatem wyposażone w świetna mobilność. W ten sposób nie jest potrzebna dodatkowa energia, aby przeskoczyć z jednego ciała do drugiego.
kiedy dwa identyczne korpusy przewodzące i elektrycznie naładowany dotyk, elektrony przechodzą z jednego ciała do drugiego, aż ładunki elektryczne obu są równe. W ten sposób, jeśli chcemy wiedzieć, jaki jest ostateczny ładunek między nimi, wystarczy zrobić Średnia arytmetyczna ładunków:
Poprzednie równanie to ważne tylko w przypadku, gdy dwa identyczne korpusy przewodzące znajdują się w kontakcie, jeżeli w sprawie chodziło o równoczesny kontakt między n organami, należy wziąć pod uwagę liczbę organów, sprawdzić:
Wreszcie, jeśli ciała pochodzą z różne rozmiary, musimy zdać sobie sprawę, że ruch elektronów będzie istniał tylko tak długo, jak będzie potencjalna różnica między nimi przepływ elektronów ustanie, gdy potencjał elektryczny jest taki sam dla każdego z nich.
Rozważmy dwie przewodzące kule A i B, o różnych promieniach, oznaczone RTEN i Rb. Na poniższym rysunku pokazujemy wzór na potencjał elektryczny każdej z tych kul, następnie dopasowujemy je, aby otrzymać wzór, który pozwala nam obliczyć ładunek elektryczny w tych sferach po kontakcie między nimi, zegarek:
QTEN i Qb – ładunek elektryczny ciał A i B
rTEN i Rb– promienie ciał A i B
UTEN jab– potencjał elektryczny ciał A i B
elektryfikacja indukcyjna
Na elektryfikację indukcyjną składa się przybliżyć uprzednio naładowane ciało, zwane induktorem, do elektrycznie obojętnego ciała przewodzącego, zwanego indukowanym, tak, że obecność ładunków indukcyjnych powoduje, że elektrony w indukowanym ciele poruszają się w nim, powodując a polaryzacja ładunków.
TEN polaryzacja ładunków to nic innego jak oddzielenie ładunków dodatnich i ujemnych. Po spolaryzowaniu indukowane ciało jest nadal obojętne, ponieważ ma taką samą liczbę protonów i elektronów. Tak więc, aby to ciało zostało naelektryzowane, konieczna jest obecność innego ciała, a nawet środka, przez który mogą przepływać elektrony. Z reguły a grunt, który polega na połączeniu ciała indukowanego z ziemią za pomocą przewodu przewodzącego.
Po uziemieniu elektrony obecne w korpusie twornika mogą płynąć w kierunku ziemi lub z ziemi w kierunku korpusu twornika, zgodnie ze znakiem ładunków obecnych w korpusie cewki indukcyjnej.
w abstrakcyjny, proces elektryfikacji indukcyjnej odbywa się w następujących krokach:
- Krok 1: Przybliżenie między cewką indukcyjną a twornikiem.
- Krok 2: Polaryzacja obciążeń twornika w wyniku aproksymacji cewki indukcyjnej.
- Krok 3: Uziemienie twornika w obecności cewki indukcyjnej, aby elektrony mogły płynąć z ziemi lub do ziemi.
- Krok 4: Usuwanie ziemi.
- Krok 5: Prześwit cewki indukcyjnej.
Zobacz więcej: Indukcja elektromagnetyczna - odpowiedzialna za powstawanie prądów elektrycznych w materiałach przewodzących
Ćwiczenia z procesów elektryfikacji
Pytanie 1) (IF-SP) Poniższa tabela przedstawia serię tryboelektryczną:
Królicze futerko |
 |
Szkło | |
Ludzki włos | |
Mika | |
Tam | |
skóra kota | |
Jedwab | |
Bawełna | |
bursztyn | |
Ebonit | |
Poliester | |
Polistyren | |
Plastikowy |
Dzięki tej serii możliwe jest określenie ładunku elektrycznego, jaki uzyskuje każdy materiał podczas pocierania o inny. Styropian po przetarciu wełną staje się naładowany ujemnie.
Szkło po przetarciu jedwabiem zostanie naładowane:
a) pozytywnie, ponieważ zyskał protony.
b) pozytywnie, ponieważ stracił elektrony.
c) ujemnie, ponieważ zyskał elektrony.
d) ujemnie, ponieważ traci protony.
e) z zerowym ładunkiem elektrycznym, ponieważ szkło nie może zostać naelektryzowane.
Sprzężenie zwrotne: Literka B
Rezolucja:
Ponieważ szkło pojawia się przed jedwabiem w szeregu tryboelektrycznym, ma większą tendencję do gromadzenia dodatnich ładunków elektrycznych niż jedwab, więc właściwą alternatywą jest litera b.
Pytanie 2) (IF-SP) Błyskawica to wyładowanie elektryczne o dużej intensywności, które łączy chmury burzowe z atmosferą i ziemią. Typowa intensywność piorunów wynosi 30 000 amperów, około tysiąc razy więcej niż prąd elektryczny, a promienie przemieszczają się na odległości rzędu 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Dostęp: 30.10.2012.)
Podczas burzy naładowana dodatnio chmura zbliża się do budynku wyposażonego w piorunochron, jak pokazano na poniższym rysunku:
Zgodnie z oświadczeniem można powiedzieć, że przy ustalaniu wyładowania elektrycznego w piorunochronie
a) protony przechodzą z chmury do piorunochronu.
b) protony przechodzą z piorunochronu do chmury.
c) elektrony przechodzą z chmury do piorunochronu.
d) elektrony przechodzą z piorunochronu do chmury.
e) elektrony i protony przechodzą z jednego ciała do drugiego.
Sprzężenie zwrotne Litera D
Rezolucja:
Ponieważ chmura jest naładowana ładunkami dodatnimi, indukuje ruch elektronów z ziemi, w kontakcie z piorunochron, w kierunku chmury, ponieważ, jak wiemy, ładunki dodatnie nie są przewodzone, więc właściwą alternatywą jest litera D.
Pytanie 3) (Mackenzie) Naelektryzowana metalowa kula o ładunku elektrycznym równym -20,0 μC styka się z inną identyczną elektrycznie obojętną kulą. Następnie kulę umieszcza się na innej identycznej kuli, naelektryzowanej ładunkiem elektrycznym równym 50,0 μC. Po tej procedurze kulki są rozdzielane.
Ładunek elektryczny zmagazynowany w kuli, pod koniec tego procesu, jest równy:
a) 20,0 µC
b) 30,0 µC
c) 40,0 µC
d) 50,0 µC
e) 60,0 µC
Sprzężenie zwrotne: Litera a
Rezolucja:
Oświadczenie mówi o dwóch procesach elektryzowania przez kontakt, obydwa z udziałem dwóch ciał, więc na końcu każdego procesu dokonamy obliczenia ładunku, sprawdź:
Dodając i dzieląc ładunki elektryczne na każdym ze styków, stwierdzamy, że końcowy ładunek powinien wynosić 20,0 µC, więc poprawną odpowiedzią jest litera a.
Klas
|1| Tabela zaczerpnięta z: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Rafael Hellerbrock
Nauczyciel fizyki
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm
