Procese de electrificare sunt fenomene în care electroni sunt transferate de la un corp la altul din cauza unei diferente in cantitatea de sarcini electrice existente între două sau mai multe corpuri, sau chiar prin dobândirea de energie din frecare între corpuri.
Există trei tipuri de procese de electrificare, acestea sunt: frecare, contact și inducție. Înțelegerea modului în care apar aceste procese, prin definițiile lor, precum și prin efectuarea exercițiilor, este o parte fundamentală a studiului șiletrostatice — una dintre cele mai proeminente domenii ale fizicii dintre conținuturile de fizică la Examenul Național de Liceu (Enem).
Vezi si: Sfaturi despre ce să studiezi pentru întrebările de fizică ale Enem
Ce este electrificarea?
Electrificarea este procesul de transformă un corp neutru electric într-un corp încărcat electric. Corpurile neutre sunt cele care au aceeași cantitate de protoni și electroni, deoarece acestea sunt particulele subatomice dotate cu o sarcină electrică.
Toate procesele de electrificare constau în
retrage sau furnizează electroni unui corp. Nu același lucru se poate spune despre protoni, care, deoarece sunt prinși în nucleul atomic, nu poate fi purtat între un atom și altul. Prin urmare, când un corp neutru primește electroni, sarcina lui devine negativă., invers, când pierde electroni, sarcina sa devine pozitivă.Ei exista trei forme distincte de electrificare: prin frecare, prin contact și prin inducție. În acest articol, vom discuta pe fiecare dintre ele în detaliu, începând cu primul.
electrificare prin frecare
Electrificarea prin frecare are loc în principal când două sau mai multe corpuri izolatoare sunt frecate una de alta. Procesul de frecare a corpurilor dă energie electronilor din aceste materiale. Electronii din materialele izolante sunt de obicei puternic atrași de nucleele propriilor atomi, așa că au nevoie de energie suplimentară pentru a sari de la un corp la altul.
În timpul electrificării prin frecare, unul dintre corpuri pierde electroni, iar celălalt câștigă electroni. Astfel, la finalul procesului, cele două corpuri vor avea sarcini de modul egal dar de semne opuse.
Nu toate corpurile vor fi electrificate atunci când sunt frecate, pentru a ști ce perechi de materiale, atunci când sunt frecate, devin electrificate, este necesar să le cunoaștem afinitate electrică, deoarece există materiale care tind să câștige electroni, dar există și cele care „preferă” să-i piardă. Această afinitate este descrisă empiric de un tabel cunoscut ca serie triboelectrică.
THE serie triboelectrică separă diferite materiale în funcție de tendința lor de a câștiga sau pierde electroni. pe masă|1| mai jos, de exemplu, cel primulmateriale, în partea de sus, sunt cei care tind să dobândească încărcăturipozitiv când sunt frecate, adică au tendința să pierdeelectronii. Tu materiale de ultima generatie, la randul lor, sunt cele care tind sa absoarba electroni si, prin urmare, sa prezinte sarcini negative după ce au fost frecate, verificați:
Material |
Piele mâinii umane (uscată și fără grăsime) |
Sticlă |
Păr uman uscat și fără grăsimi |
Acril |
Acolo |
Hârtie (sulfit, șervețele, hârtie folosită pentru uscarea mâinilor etc.) |
Cauciuc de balon umflat |
Plastic PVC, PP, vinil (paie, pungi de plastic, căptușeli pvc etc.) |
teflon |
Pentru a ști ce materiale sunt compatibile, adică care vor fi electrizate la frecare, trebuie alegeți pe cei mai îndepărtați unul de celălalt în tabel, cum ar fi ultimul și primul, după exemplu. Făcând acest lucru, ne asigurăm că unul dintre elemente absoarbe electronii eliberați de celălalt element cu care este frecat.
Electrificare prin contact
Electrificarea de contact constă în puneți în contact două corpuri conductoare, cu condiția ca cel puțin unul dintre ele să fie preîncărcat. Acest tip de electrificare are loc cel mai des între materialeconductoare, întrucât electronii din ele sunt liberi și deci înzestrați cu mobilitate mare. În acest fel, nu este nevoie de energie suplimentară pentru a-i face să sară de la un corp la altul.
când doi corpuri conductoare identice și atingerea încărcată electric, electronii trec de la un corp la altul până când sarcinile electrice ale ambelor sunt egale. În acest fel, dacă vrem să știm care este taxa finală între ei, trebuie doar să facem medie aritmetică a sarcinilor:
Ecuația anterioară este valabil numai pentru cazul în care două corpuri conducătoare identice sunt puse în contact, dacă cazul în cauză a implicat contactul simultan între n corpuri, trebuie luat în considerare numărul de corpuri, verificați:
În fine, dacă cadavrele sunt din marimi diferite, trebuie să ne dăm seama că va exista doar mișcarea electronilor atâta timp cât există diferenta potentiala între ele, prin urmare, trecerea electronilor va înceta atunci când potential electric este la fel pentru fiecare dintre ele.
Luați în considerare două sfere conducătoare A și B, de raze diferite, notate RTHE și RB. În figura următoare, arătăm formula potențialului electric din fiecare dintre aceste sfere, apoi le potrivim astfel încât să obținem formula care ne permite să calculăm incarcare electrica în aceste sfere după contactul dintre ei, ceas:
QTHE și QB – sarcina electrică a corpurilor A și B
RTHE și RB– razele corpurilor A și B
UTHE pe mineB– potenţialul electric al corpurilor A şi B
electrificare prin inducție
Electrificarea prin inducție constă în aduce un corp încărcat anterior, numit inductor, mai aproape de un corp conductor neutru din punct de vedere electric, numit indus, astfel încât prezența sarcinilor inductoare face ca electronii din corpul indus să se miște în interiorul acestuia, provocând o polarizare a sarcinilor.
THE polarizarea sarcinilor nu este altceva decât o separare între sarcinile pozitive și negative. Când este polarizat, corpul indus este încă neutru, deoarece are același număr de protoni și electroni. Astfel, pentru ca acest corp să se electrifice, este necesară prezența unui alt corp, sau chiar a unui mijloc prin care electronii să poată circula. De regulă, a sol, care constă în conectarea corpului indus la pământ, printr-un fir conductor.
După împământare, electronii prezenți în corpul armăturii pot curge spre pământ sau din pământ către corpul armăturii, după semnul sarcinilor prezente în corpul inductor.
În abstract, procesul de electrificare prin inducție are loc în următoarele etape:
- Pasul 1: Aproximație între inductor și armătură.
- Pasul 2: Polarizarea sarcinilor de armătură datorită aproximării inductorului.
- Pasul 3: Legarea la pământ a armăturii, în prezența inductorului, astfel încât electronii să poată curge din sol sau către pământ.
- Pasul 4: Îndepărtarea pământului.
- Pasul 5: Jocul inductorului.
Vezi mai mult: Inducția electromagnetică - responsabilă de apariția curenților electrici în materialele conductoare
Exerciții privind procesele de electrificare
Întrebarea 1) (IF-SP) Tabelul de mai jos prezintă seria triboelectrică:
Blană de iepure |
 |
Sticlă | |
Păr de om | |
Mica | |
Acolo | |
piele de pisică | |
Mătase | |
Bumbac | |
Chihlimbar | |
Ebonită | |
Poliester | |
Polistiren | |
Plastic |
Prin această serie se poate determina sarcina electrică dobândită de fiecare material la frecare cu altul. Styrofoam, atunci când este frecat cu lână, devine încărcat negativ.
Paharul, când este frecat cu mătase, va fi încărcat:
a) pozitiv, pe măsură ce a câștigat protoni.
b) pozitiv, deoarece a pierdut electroni.
c) negativ, pe măsură ce a câștigat electroni.
d) negativ, deoarece a pierdut protoni.
e) cu sarcină electrică zero, întrucât este imposibil ca sticla să fie electrificată.
Părere: litera B
Rezoluţie:
Deoarece sticla apare înaintea mătăsii în seria triboelectrică, are o tendință mai mare de a dobândi sarcini electrice pozitive decât mătasea, deci alternativa corectă este litera b.
Întrebarea 2) (IF-SP) Fulgerul este o descărcare electrică de mare intensitate care conectează norii de furtună la atmosferă și la sol. Intensitatea tipică a fulgerelor este de 30.000 de amperi, de aproximativ o mie de ori intensitatea unui duș electric, iar razele parcurg distanțe de ordinul a 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Accesat pe: 30.10.2012.)
În timpul unei furtuni, un nor încărcat pozitiv se apropie de o clădire care are un paratrăsnet, așa cum se arată în figura următoare:
Potrivit declarației, se poate spune că, la stabilirea unei descărcări electrice în paratrăsnet,
a) protonii trec din nor spre paratrăsnet.
b) protonii trec de la paratrăsnet în nor.
c) electronii trec din nor spre paratrăsnet.
d) electronii trec de la paratrăsnet în nor.
e) se transferă electronii și protonii de la un corp la altul.
Părere Litera D
Rezoluţie:
Deoarece norul este încărcat cu sarcini pozitive, el induce mișcarea electronilor din sol, în contact cu paratrăsnet, spre nor, deoarece, după cum știm, sarcinile pozitive nu sunt conduse, deci alternativa corectă este litera D.
Întrebarea 3) (Mackenzie) O sferă metalică electrificată, cu o sarcină electrică egală cu -20,0 μC, este pusă în contact cu o altă sferă identică neutră electric. Apoi, sfera este plasată pe o altă identică, electrificată cu o sarcină electrică egală cu 50,0 μC. După această procedură, sferele sunt separate.
Sarcina electrică stocată în sferă, la sfârșitul acestui proces, este egală cu:
a) 20,0 uC
b) 30,0 uC
c) 40,0 uC
d) 50,0 uC
e) 60,0 uC
Părere: Litera a
Rezoluţie:
Declarația vorbește despre două procese de electrificare prin contact, ambele implicând două corpuri, așa că vom face calculul taxei la finalul fiecărui proces, verificați:
Adunând și împărțind sarcinile electrice de pe fiecare dintre contacte, constatăm că sarcina finală ar trebui să fie de 20,0 µC, deci răspunsul corect este litera a.
Note
|1| Tabel luat din: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
De Rafael Hellerbrock
Profesor de fizică
Sursă: Brazilia școală - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm