Elektrifikačné procesy sú javy, v ktorých elektróny sa prenášajú z jedného orgánu do druhého z dôvodu rozdielu v sume elektrické náboje existujúce medzi dvoma alebo viacerými orgánmi, alebo dokonca získavaním energie z trenie medzi orgánmi.
Existujú tri typy elektrifikačných procesov: trenie, kontakt a indukcia. Pochopenie toho, ako k týmto procesom dochádza, prostredníctvom ich definícií, ako aj prostredníctvom vykonávania cvičení, je základnou súčasťou štúdia aletrostatika - jedna z najvýznamnejších oblastí fyziky medzi obsahom fyziky v rámci Národnej skúšky na strednej škole (Enem).
Pozri tiež: Tipy, čo si treba naštudovať, pokiaľ ide o otázky fyziky Enem
Čo je to elektrifikácia?
Elektrifikácia je proces premeňte elektricky neutrálne telo na elektricky nabité. Neutrálne telá sú tie, ktoré majú rovnaké množstvo protóny a elektróny, pretože to sú subatomárne častice vybavené elektrickým nábojom.
Všetky elektrifikačné procesy pozostávajú z odobrať alebo dodať elektróny telu. To isté sa nedá povedať o protónoch, ktoré sú uväznené v
atómové jadro, nemôžu byť prenášané medzi jedným atómom a druhým. Teda keď neutrálne teleso prijme elektróny, jeho náboj sa stane zápornýmnaopak keď stratí elektróny, jeho náboj sa stane kladným.Existujú tri odlišné formy elektrifikácie: trením, kontaktom a indukciou. V tomto článku si podrobne rozoberieme každý z nich, počnúc prvým.
trecia elektrifikácia
K elektrifikácii trením dochádza hlavne keď sa dve alebo viac izolačných telies navzájom trú. Proces trenia telies dáva energiu elektrónom v týchto materiáloch. Elektróny z izolačných materiálov sú zvyčajne silne priťahované k jadrám svojich vlastných atómov, takže na preskakovanie z jedného tela do druhého potrebujú ďalšiu energiu.
Počas trecej elektrifikácie stratí jedno z telies elektróny a druhé elektróny získa. Takto budú mať tieto dva orgány na konci procesu zaťaženia rovnakého modulu, ale opačných znamienok.
Nie všetky telá budú pri trení elektrifikované, aby ste vedeli, ktoré páry materiálov po trení budú elektrifikované, je potrebné poznať ich elektrická afinita, pretože existujú materiály, ktoré majú tendenciu získavať elektróny, existujú však aj také, ktoré ich „radšej“ stratia. Túto afinitu popisuje empiricky tabuľka známa ako triboelektrická séria.
THE triboelektrická séria separuje rôzne materiály podľa ich tendencie získavať alebo strácať elektróny. v tabulke|1| nižšie, napríklad najprvmateriály, na jej vrchole sú tí, ktorí majú tendenciu získavať bremenápozitívne keď sa trú, to znamená, že majú sklon prehraťelektróny. Vy najnovšie materiálysú zase také, ktoré majú tendenciu absorbovať elektróny, a preto sa vyskytujú záporné poplatky po trení skontrolujte:
Materiál |
Pokožka ľudskej ruky (suchá a nemastná) |
Sklo |
Suché ľudské vlasy bez tuku |
Akryl |
Tam |
Papier (siričitan, obrúsky, papier používaný na vysušenie rúk atď.) |
Nafúknutá balóniková guma |
Plastové PVC, PP, vinyl (slama, igelitové tašky, pvc obloženie atď.) |
Teflón |
Aby sme vedeli, ktoré materiály sú kompatibilné, teda ktoré budú pri trení elektrifikované, musíme v tabuľke vyberte tie, ktoré sú od seba najďalej, napríklad posledný a prvý príklad. Týmto zabezpečíme, že jeden z prvkov absorbuje elektróny uvoľnené druhým prvkom, s ktorým sa trení.
Teraz neprestávajte... Po reklame je toho viac;)
Elektrifikácia kontaktom
Kontaktná elektrifikácia pozostáva z zabezpečiť kontakt dvoch vodivých telies za predpokladu, že najmenej jedno z nich je predpäté. Tento typ elektrifikácie sa deje najčastejšie medzi materiálovvodičov, pretože elektróny v nich sú voľné, a preto sú nimi obdarené veľká mobilita. Takto nie je potrebná žiadna ďalšia energia, ktorá by ich prinútila skákať z jedného tela do druhého.
keď dvaja identické vodivé orgány a elektricky nabitý dotyk, elektróny prechádzajú z jedného tela do druhého, kým si elektrické náboje oboch nie sú rovnaké. Ak teda chceme vedieť, aký je medzi nimi konečný náboj, stačí urobiť aritmetický priemer z bremien:
Predchádzajúca rovnica je platné iba pre prípad kde dva identické vodivé orgány sú v kontakte, ak sa v danom prípade jednalo o súčasný kontakt medzi n orgánmi, mal by sa zohľadniť počet orgánov, skontrolujte:
Nakoniec, ak sú telá z rôzne veľkosti, musíme si uvedomiť, že bude existovať iba pohyb elektrónov, pokiaľ bude existovať potenciálny rozdiel medzi nimi preto prestane prechod elektrónov, keď elektrický potenciál je pre každú z nich rovnaká.
Uvažujme dve vodivé sféry A a B s rôznymi polomermi, označené RTHE a R.B. Na nasledujúcom obrázku ukážeme vzorec elektrického potenciálu každej z týchto sfér potom ich priradíme tak, aby sme dostali vzorec, ktorý nám umožní vypočítať nabíjačka v týchto sférach po kontakte medzi nimi, sledovať:
QTHE a QB - elektrický náboj telies A a B
RTHE a R.B- lúče telies A a B
UTHE jaB- elektrický potenciál telies A a B
indukčná elektrifikácia
Indukčná elektrifikácia pozostáva z priblížiť predtým nabité telo, nazývané induktor, k elektricky neutrálnemu vodivému telu, nazývanému indukované, takže prítomnosť nábojov induktora spôsobí pohyb elektrónov indukovaného tela v jeho vnútri, čo spôsobí a polarizácia bremien.
THE polarizácia nábojov nie je to nič iné ako oddelenie kladných a záporných nábojov. Po polarizácii je indukované teleso stále neutrálne, pretože má rovnaký počet protónov a elektrónov. Aby teda mohlo dôjsť k elektrifikácii tohto telesa, je nevyhnutná prítomnosť iného telesa alebo dokonca prostriedkov, cez ktoré môžu prúdiť elektróny. Spravidla a zem, ktorá spočíva v pripojení indukovaného telesa k zemi pomocou vodivého drôtu.
Po uzemnení môžu elektróny prítomné v tele kotvy prúdiť smerom k zemi alebo zo zeme smerom k telu kotvy, podľa znaku nábojov prítomných v tele induktora.
V abstraktné, proces indukčnej elektrifikácie prebieha v nasledujúcich krokoch:
- Krok 1: Aproximácia medzi induktorom a kotvou.
- Krok 2: Polarizácia zaťaženia kotvy v dôsledku aproximácie induktora.
- Krok 3: Uzemnenie kotvy za prítomnosti tlmivky, aby elektróny mohli prúdiť zo zeme alebo na zem.
- Krok 4: Odstránenie terénu.
- Krok 5: Vzdialenosť tlmivky.
Pozrieť viac: Elektromagnetická indukcia - zodpovedá za vznik elektrických prúdov vo vodivých materiáloch
Cvičenia z elektrifikačných procesov
Otázka 1) (IF-SP) Nasledujúca tabuľka zobrazuje triboelektrickú sériu:
Králičia kožušina |
 |
Sklo | |
Ľudské vlasy | |
Sľuda | |
Tam | |
mačaciu kožu | |
Hodváb | |
Bavlna | |
Jantárová | |
Ebonit | |
Polyester | |
Polystyrén | |
Plast |
Prostredníctvom tejto série je možné určiť elektrický náboj získaný každým materiálom pri trení s iným. Keď sa polystyrén potrie vlnou, stane sa negatívne nabitým.
Za sklo, ktoré sa potrie hodvábom, sa bude účtovať:
a) pozitívne, pretože získalo protóny.
b) pozitívne, pretože stratil elektróny.
c) negatívne, pretože získal elektróny.
d) negatívne, pretože stratilo protóny.
e) s nulovým elektrickým nábojom, pretože je nemožné, aby sklo bolo elektrifikované.
Spätná väzba: Písmeno B
Rozhodnutie:
Pretože sklo sa v triboelektrickej sérii objavuje pred hodvábom, má väčšiu tendenciu získavať kladné elektrické náboje ako hodváb, takže správnou alternatívou je písmeno b.
Otázka 2) (IF-SP) Blesk je elektrický výboj vysokej intenzity, ktorý spája búrkové mraky s atmosférou a zemou. Typická intenzita blesku je 30 000 ampérov, čo je asi tisícnásobok intenzity elektrickej sprchy, a lúče sa pohybujú v rádoch 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Prístupné: 10.30.2012.)
Počas búrky sa kladne nabitý mrak blíži k budove, ktorá má bleskozvod, ako ukazuje nasledujúci obrázok:
Podľa vyhlásenia sa dá povedať, že pri vytváraní elektrického výboja v bleskozvode
a) protóny prechádzajú z oblaku na bleskozvod.
b) protóny prechádzajú z bleskozvodu do oblaku.
c) elektróny prechádzajú z oblaku do bleskozvodu.
d) elektróny prechádzajú z bleskozvodu do oblaku.
e) elektróny a protóny sa prenášajú z jedného tela do druhého.
Spätná väzba Písmeno D
Rozhodnutie:
Pretože je oblak nabitý kladnými nábojmi, indukuje pohyb elektrónov zo zeme v kontakte s hromozvod, smerom k mraku, pretože, ako vieme, kladné náboje sa nevodia, takže správnou alternatívou je písmeno D.
Otázka 3) (Mackenzie) Elektrifikovaná kovová guľa s elektrickým nábojom rovnajúcim sa -20,0 μC je uvedená do kontaktu s inou identickou elektricky neutrálnou guľou. Potom sa guľa umiestni proti inej identickej gule, elektrifikovaná elektrickým nábojom rovnajúcim sa 50,0 μC. Po tomto postupe sa guľôčky oddelia.
Elektrický náboj uložený vo sfére sa na konci tohto procesu rovná:
a) 20,0 uC
b) 30,0 uC
c) 40,0 uC
d) 50,0 uC
e) 60,0 μC
Spätná väzba: Písmeno A
Rozhodnutie:
Vyhlásenie hovorí o dvoch kontaktných elektrifikačných procesoch, ktoré zahŕňajú dva orgány, takže na konci každého procesu urobíme výpočet náboja, skontrolujte:
Sčítaním a delením elektrických nábojov na každom z kontaktov zistíme, že konečný náboj by mal byť 20,0 µC, takže správnou odpoveďou je písmeno a.
Známky
|1| Tabuľka prevzatá z: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Autor: Rafael Hellerbrock
Učiteľ fyziky
