Elektrifieringsprocesser är fenomen där elektroner överförs från en kropp till en annan på grund av en skillnad i mängden elektriska laddningar som finns mellan två eller flera organ, eller till och med genom förvärv av energi från friktion mellan kropparna.
Det finns tre typer av elektrifieringsprocesser, de är: friktion, kontakt och induktion. Att förstå hur dessa processer sker, genom deras definitioner och genom att utföra övningar, är en grundläggande del av studien av ochletrostatik - ett av de mest framträdande områdena inom fysik bland fysikinnehållet i National High School Exam (Enem).
Se också: Tips om vad du ska studera för enem fysik frågor
Vad är elektrifiering?
Elektrifiering är processen för förvandla en elektriskt neutral kropp till en elektriskt laddad kropp. Neutrala kroppar är de som har samma mängd protoner och elektronereftersom dessa är de subatomära partiklarna utrustade med en elektrisk laddning.
Alla elektrifieringsprocesser består av dra ut eller leverera elektroner till en kropp
. Detsamma kan inte sägas om protonerna, som, eftersom de är instängda i atomkärnan, kan inte bäras mellan en atom och en annan. Således, när en neutral kropp tar emot elektroner blir dess laddning negativ, omvänt, när den tappar elektroner blir dess laddning positiv.De existerar tre distinkta former av elektrifiering: genom friktion, genom kontakt och genom induktion. I den här artikeln kommer vi att diskutera var och en av dem i detalj och börja med den första.
friktionselektrifiering
Elektrifiering genom friktion sker huvudsakligen när två eller flera isolerande kroppar gnuggar mot varandra. Processen med att gnugga kropparna ger elektronerna energi i dessa material. Elektroner från isolerande material lockas ofta starkt till kärnorna i sina egna atomer, så de behöver extra energi för att hoppa från en kropp till en annan.
Under friktionselektrifiering förlorar en av kropparna elektroner och den andra får elektroner. På detta sätt, i slutet av processen, kommer de två organen att ha belastningar med lika modul men med motsatta tecken.
Inte alla kroppar kommer att elektrifieras när de gnuggas, för att veta vilka par material, när de gnuggas, elektrifieras, är det nödvändigt att känna till deras elektrisk affinitet, eftersom det finns material som tenderar att få elektroner, men det finns också de som "föredrar" att förlora dem. Denna affinitet beskrivs empiriskt av en tabell som kallas triboelektriska serier.
DE triboelektriska serier separerar olika material enligt deras tendens att få eller förlora elektroner. på bordet|1| nedan, till exempel förstmaterial, högst upp är de som tenderar att förvärva massorpositiv när de gnuggas, det vill säga de tenderar att slarva bortelektroner. Du senaste materiali sin tur är de som tenderar att absorbera elektroner och därför presenteras negativa laddningar efter att de har gnuggats, kontrollera:
Material |
Mänsklig handhud (torr och fettfri) |
Glas |
Torrt och fettfritt människohår |
Akryl |
där |
Papper (sulfit, servetter, papper som används för att torka händerna etc.) |
Uppblåst ballongummi |
Plast PVC, PP, vinyl (halm, plastpåsar, pvc-foder etc.) |
Teflon |
För att veta vilka material som är kompatibla, det vill säga som elektrifieras när de gnuggas, måste vi välj de längst ifrån varandra i tabellen, som den sista och den första, av exempel. Genom att göra detta säkerställer vi att ett av elementen absorberar elektronerna som frigörs av det andra elementet som det gnuggas med.
Sluta inte nu... Det finns mer efter reklam;)
Elektrifiering genom kontakt
Kontaktelektrifiering består av få två ledande kroppar att komma i kontakt, förutsatt att minst en av dem är förladdad. Denna typ av elektrifiering sker oftast mellan materialledare, eftersom elektronerna i dem är fria och därför utrustade med stor rörlighet. På detta sätt behövs ingen ytterligare energi för att få dem att hoppa från en kropp till en annan.
när två identiska ledande kroppar och elektriskt laddad beröring, elektroner passerar från en kropp till den andra tills de elektriska laddningarna för båda är lika. Således, om vi vill veta vad den slutliga avgiften är mellan dem, behöver vi bara göra aritmetiskt medelvärde av lasterna:
Den föregående ekvationen är endast giltig för det fall där två identiska ledande kroppar ställs i kontakt, om det aktuella fallet handlade om samtidig kontakt mellan n organ, bör antalet organ beaktas, kontrollera:
Slutligen, om kropparna är från olika storlekarmåste vi inse att det bara kommer att ske elektroner så länge det finns möjlig skillnad mellan dem kommer därför elektronernas passage att upphöra när elektrisk potential är densamma för var och en av dem.
Tänk på två ledande sfärer A och B, med olika radier, betecknade RDE och RB. I följande figur visar vi elektrisk potentialformel av var och en av dessa sfärer, så matchar vi dem så att vi får formeln som gör att vi kan beräkna elektrisk laddning på dessa områden efter kontakt mellan dem, Kolla på:
FDE och QB - elektrisk laddning av kropparna A och B
RDE och RB- strålar från kropparna A och B
UDE migB- Elektrisk potential hos kropparna A och B
induktionselektrifiering
Induktionselektrifiering består av föra en tidigare laddad kropp, kallad en induktor, närmare en elektriskt neutral ledande kropp, kallad en inducerad, så att närvaron av laddningarna i induktorn får elektronerna i den inducerade kroppen att röra sig i dess inre, vilket orsakar en polarisering av laster.
DE polarisering av laddningar det är inget annat än en åtskillnad mellan positiva och negativa laddningar. När den är polariserad är den inducerade kroppen fortfarande neutral, eftersom den har samma antal protoner och elektroner. För att denna kropp ska bli elektrifierad är det således nödvändigt närvaron av en annan kropp eller till och med ett medel genom vilket elektronerna kan strömma. Som regel är a jord, som består av att ansluta den inducerade kroppen till jorden, med hjälp av en ledande tråd.
Efter jordning kan de elektroner som finns i ankarkroppen flyta mot jorden eller från jorden mot ankarkroppen, enligt tecknet på de laddningar som finns i induktorkroppen.
I abstrakt, induktionselektrifieringsprocessen sker i följande steg:
- Steg 1: Ungefärlig approximation mellan induktorn och ankaret.
- Steg 2: Polarisering av ankarbelastningar på grund av induktans approximation.
- Steg 3: Jordning av ankaret, i närvaro av induktorn, så att elektroner kan strömma från marken eller till marken.
- Steg 4: Markborttagning.
- Steg 5: Induktansavstånd.
Se mer: Elektromagnetisk induktion - ansvarig för uppkomsten av elektriska strömmar i ledande material
Övningar om elektrifieringsprocesser
Fråga 1) (IF-SP) Följande tabell visar triboelektriska serier:
Kaninpäls |
 |
Glas | |
Mänskligt hår | |
Glimmer | |
där | |
katthud | |
Silke | |
Bomull | |
Bärnsten | |
Ebonit | |
Polyester | |
Polystyren | |
Plast |
Genom denna serie är det möjligt att bestämma den elektriska laddning som varje material förvärvar när det gnuggar med ett annat. Styrofoam, när det gnuggas med ull, blir negativt laddat.
Glaset, när det gnuggas med siden, laddas:
a) positivt, eftersom det fick protoner.
b) positivt, eftersom det förlorade elektroner.
c) negativt, eftersom det fick elektroner.
d) negativt, eftersom det förlorade protoner.
e) med noll elektrisk laddning, eftersom det är omöjligt för glaset att elektrifieras.
Mall: Bokstaven B
Upplösning:
Eftersom glas förekommer före silke i den triboelektriska serien, har det en större tendens att få positiva elektriska laddningar än silke, så det rätta alternativet är bokstaven b.
Fråga 2) (IF-SP) Blixt är en högintensiv elektrisk urladdning som förbinder stormmoln med atmosfären och marken. Den typiska blixtintensiteten är 30000 ampere, ungefär tusen gånger intensiteten för en elektrisk dusch, och strålarna sträcker sig avstånd i storleksordningen 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Åtkomst den: 10.30.2012.)
Under en storm närmar sig ett positivt laddat moln en byggnad som har en blixtstav, som visas i följande bild:
Enligt uttalandet kan det konstateras att, när en elektrisk urladdning inrättas i blixtstången,
a) protoner passerar från molnet till blixtstången.
b) protoner passerar från blixtstången till molnet.
c) elektroner passerar från molnet till blixtstången.
d) elektroner passerar från blixtstången till molnet.
e) elektroner och protoner överförs från en kropp till en annan.
Mall Bokstaven D
Upplösning:
Eftersom molnet laddas med positiva laddningar, inducerar det elektronernas rörelse från marken, i kontakt med blixtnedslag, mot molnet, eftersom, som vi vet, de positiva laddningarna inte genomförs, så är det rätta alternativet bokstaven D.
Fråga 3) (Mackenzie) En elektrifierad metallisk sfär, med en elektrisk laddning lika med -20,0 μC, placeras i kontakt med en annan identisk elektriskt neutral sfär. Därefter placeras sfären mot en annan identisk, elektrifierad med en elektrisk laddning lika med 50,0 μC. Efter denna procedur separeras sfärerna.
Den elektriska laddningen lagrad i sfären, i slutet av denna process, är lika med:
a) 20,0 uC
b) 30,0 uC
c) 40,0 uC
d) 50,0 uC
e) 60,0 μC
Mall: Bokstaven A
Upplösning:
Uttalandet talar om två kontaktelektrifieringsprocesser, som båda involverar två organ, så vi kommer att göra laddningsberäkningen i slutet av varje process, kontrollera:
Genom att lägga till och dela de elektriska laddningarna på var och en av kontakterna, finner vi att den slutliga laddningen ska vara 20,0 µC, så det rätta svaret är bokstaven a.
Betyg
|1| Tabell hämtad från: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Av Rafael Hellerbrock
Fysiklärare
