Elektrifikačné procesy sú javy, pri ktorých elektróny sa prenášajú z jedného tela do druhého kvôli rozdielu v množstve elektrické náboje existujúcimi medzi dvoma alebo viacerými telesami, alebo aj získavaním energie z trenie medzi telami.
Existujú tri typy elektrifikačných procesov, sú to: trenie, kontakt a indukcia. Pochopenie toho, ako sa tieto procesy vyskytujú, prostredníctvom ich definícií, ako aj prostredníctvom vykonávania cvičení, je základnou súčasťou štúdia aletrostatika — jedna z najvýznamnejších oblastí fyziky medzi obsahom fyziky na národnej strednej škole (Enem).
Pozri tiež: Tipy, čo študovať na otázky fyziky Enem
Čo je elektrifikácia?
Elektrifikácia je proces premeniť elektricky neutrálne telo na elektricky nabité telo. Neutrálne telesá sú tie, ktoré majú rovnaké množstvo protóny a elektróny, pretože ide o subatomárne častice vybavené elektrickým nábojom.
Všetky procesy elektrifikácie pozostávajú z odoberať alebo privádzať elektróny do tela. To isté sa nedá povedať o protónoch, ktoré, pretože sú uväznené v
atómové jadro, nemôže byť prenášaný medzi jedným atómom a druhým. teda keď neutrálne telo prijíma elektróny, jeho náboj sa stáva záporným., naopak, keď stratí elektróny, jeho náboj sa stane kladným.Existujú tri rôzne formy elektrifikácie: trením, kontaktom a indukciou. V tomto článku budeme podrobne diskutovať o každom z nich, počnúc prvým.
trecia elektrifikácia
Prevažne dochádza k elektrifikácii trením pri trení dvoch alebo viacerých izolačných telies o seba. Proces trenia telies dáva energiu elektrónom v týchto materiáloch. Elektróny z izolačných materiálov sú zvyčajne silne priťahované k jadrám ich vlastných atómov, takže na preskočenie z jedného telesa na druhé potrebujú energiu navyše.
Pri trecej elektrifikácii jedno z telies elektróny stráca a druhé elektróny získava. Takto na konci procesu budú mať dve telá zaťaženia s rovnakým modulom, ale s opačnými znamienkami.
Nie všetky telesá budú pri trení elektrizovať, aby sme vedeli, ktoré dvojice materiálov pri trení elektrizujú, je potrebné poznať ich elektrická afinita, keďže existujú materiály, ktoré majú tendenciu získavať elektróny, ale sú aj také, ktoré ich „radšej“ strácajú. Táto afinita je empiricky opísaná tabuľkou známou ako triboelektrický rad.
THE triboelektrický rad oddeľuje rôzne materiály podľa ich tendencie získavať alebo strácať elektróny. na stole|1| nižšie, napríklad najprvmateriály, na jej vrchole sú tí, ktorí majú tendenciu získavať zaťaženiepozitívne pri trení, teda majú tendenciu stratiťelektróny. vy najnovšie materiály, sú zase tie, ktoré majú tendenciu pohlcovať elektróny, a teda prezentovať sa záporné náboje po ich otretí skontrolujte:
Materiál |
Pokožka ľudských rúk (suchá a nemastná) |
sklo |
Suché ľudské vlasy bez tuku |
Akryl |
Tam |
Papier (sulfit, obrúsky, papier používaný na sušenie rúk atď.) |
Nafúknutá balónová guma |
Plastové PVC, PP, vinyl (slama, plastové vrecká, pvc obklady atď.) |
teflón |
Aby sme vedeli, ktoré materiály sú kompatibilné, teda ktoré budú pri trení elektrizovať, musíme vyberte v tabuľke tie, ktoré sú od seba najďalej, napríklad posledný a prvý, podľa príklad. Tým zabezpečíme, že jeden z prvkov pohltí elektróny uvoľnené druhým prvkom, s ktorým je trený.
Elektrifikácia kontaktom
Kontaktná elektrifikácia pozostáva z dostať do kontaktu dve vodivé telesá za predpokladu, že aspoň jedno z nich je predpäté. K tomuto typu elektrifikácie dochádza najčastejšie medzi materiálovvodičov, keďže elektróny v nich sú voľné a teda obdarené veľkú mobilitu. Týmto spôsobom nie je potrebná žiadna dodatočná energia na to, aby preskočili z jedného tela do druhého.
keď dvaja identické vodivé telesá a elektricky nabitý dotyk, elektróny prechádzajú z jedného telesa do druhého, kým elektrické náboje oboch nie sú rovnaké. Týmto spôsobom, ak chceme vedieť, aký je konečný náboj medzi nimi, musíme to urobiť aritmetický priemer z nákladu:
Predchádzajúca rovnica je platné len pre prípad, že dve rovnaké vodivé telesá sú v kontakte, ak sa v danom prípade jedná o súčasný kontakt medzi n orgánmi, treba brať do úvahy počet orgánov, skontrolujte:
Nakoniec, ak sú telá z rôzne veľkosti, musíme si uvedomiť, že pohyb elektrónov bude len dovtedy, kým bude potenciálny rozdiel medzi nimi preto prechod elektrónov prestane, keď sa elektrický potenciál je rovnaký pre každý z nich.
Uvažujme dve vodivé gule A a B s rôznymi polomermi, označené RTHE a RB. Na nasledujúcom obrázku ukazujeme vzorec elektrického potenciálu každej z týchto sfér, potom ich spárujeme tak, aby sme dostali vzorec, ktorý nám umožňuje vypočítať nabíjačka v týchto sférach po kontakte medzi nimi, sleduj:
QTHE a QB – elektrický náboj telies A a B
RTHE a RB– lúče telies A a B
UTHE jaB– elektrický potenciál telies A a B
indukčná elektrifikácia
Indukčná elektrifikácia pozostáva z priviesť predtým nabité teleso nazývané induktor bližšie k elektricky neutrálnemu vodivému telesu nazývanému indukované, tak, že prítomnosť induktorových nábojov spôsobí, že sa elektróny v indukovanom telese pohybujú v jeho vnútri, čo spôsobí a polarizácia nákladov.
THE polarizácia nábojov nie je to nič iné ako oddelenie medzi kladnými a zápornými nábojmi. Po polarizácii je indukované teleso stále neutrálne, pretože má rovnaký počet protónov a elektrónov. Na to, aby sa toto teleso zelektrizovalo, je teda potrebná prítomnosť iného telesa alebo dokonca prostriedku, cez ktorý môžu elektróny prúdiť. Spravidla platí a zem, ktorá pozostáva zo spojenia indukovaného telesa so zemou pomocou vodičového drôtu.
Po uzemnení môžu elektróny prítomné v telese kotvy prúdiť smerom k zemi alebo zo zeme smerom k telesu kotvy, podľa znamenia nábojov prítomných v tele induktora.
In 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 v prítomnosti induktora, aby elektróny mohli prúdiť zo zeme alebo do zeme.
- Krok 4: Odstránenie pôdy.
- Krok 5: Vôľa induktora.
Pozrieť viac: Elektromagnetická indukcia - zodpovedná za vznik elektrických prúdov vo vodivých materiáloch
Cvičenia o elektrifikačných procesoch
Otázka 1) (IF-SP) Nasledujúca tabuľka zobrazuje triboelektrické série:
Králičia kožušina |
 |
sklo | |
Ľudské vlasy | |
Sľuda | |
Tam | |
mačacia koža | |
Hodváb | |
Bavlna | |
Amber | |
Ebonit | |
Polyester | |
Polystyrén | |
Plastové |
Prostredníctvom tejto série je možné určiť elektrický náboj získaný každým materiálom pri trení iným. Polystyrén sa pri trení s vlnou nabije negatívne.
Sklo sa po trení hodvábom nabije:
a) pozitívne, keďže získal protóny.
b) pozitívne, keďže stratil elektróny.
c) negatívne, keďže získal elektróny.
d) negatívne, keďže stratil protóny.
e) s nulovým elektrickým nábojom, pretože je nemožné, aby sklo bolo elektrizované.
Spätná väzba: Písmeno B
Rozhodnutie:
Keďže sklo sa v triboelektrickom rade 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 šíria na vzdialenosti rádovo 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Sprístupnené dňa: 30.10.2012.)
Počas búrky sa kladne nabitý oblak blíži k budove s bleskozvodom, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku:
Podľa vyjadrenia možno povedať, že pri zriadení elektrického výboja v bleskozvode
a) protóny prechádzajú z oblaku do bleskozvodu.
b) protóny prechádzajú z bleskozvodu do oblaku.
c) elektróny prechádzajú z oblaku do bleskozvodu.
d) elektróny prechádzajú z bleskozvodu do oblaku.
e) prenos elektrónov a protónov z jedného telesa do druhého.
Spätná väzba Písmeno D
Rozhodnutie:
Pretože je oblak nabitý kladnými nábojmi, indukuje pohyb elektrónov od zeme, v kontakte so zemou bleskozvod, smerom k oblaku, keďže, ako vieme, kladné náboje nie sú vedené, takže správnou alternatívou je písmeno D.
Otázka 3) (Mackenzie) Elektrifikovaná kovová guľa s elektrickým nábojom rovným -20,0 μC sa umiestni do kontaktu s inou identickou elektricky neutrálnou guľou. Potom sa guľa priloží k inej identickej, elektrifikovanej elektrickým nábojom rovným 50,0 μC. Po tomto postupe sa gule oddelia.
Elektrický náboj uložený v guli na konci tohto procesu sa rovná:
a) 20,0 uC
b) 30,0 uC
c) 40,0 uC
d) 50,0 uC
e) 60,0 uC
Spätná väzba: Písmeno A
Rozhodnutie:
Vyhlásenie hovorí o dvoch procesoch elektrifikácie kontaktom, pričom oba zahŕňajú dve telá, 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 správna odpoveď 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
Od Rafaela Hellerbrocka
Učiteľ fyziky
Zdroj: Brazílska škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm