Elektrifieringsprocesser: vad är det, typer, träning

Elektrifieringsprocesser är fenomen där elektroner överförs från en kropp till en annan på grund av en skillnad i mängden elektriska laddningar existerar mellan två eller flera kroppar, eller till och med genom förvärv av energi från friktion mellan kroppar.

Det finns tre typer av elektrifieringsprocesser, de är: friktion, kontakt och induktion. Att förstå hur dessa processer uppstår, genom deras definitioner såväl som genom utförandet av övningar, är en grundläggande del av studiet 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-fysikfrågor

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 tillbaka eller tillföra elektroner till en kropp

. Detsamma kan inte sägas om protonerna, som, eftersom de är fångade i atomkärnan, kan inte transporteras mellan en atom och en annan. Således, när en neutral kropp tar emot elektroner blir dess laddning negativ., omvänt, när den förlorar elektroner blir dess laddning positiv.

De existerar tre olika 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 börjar med den första.

I figuren har ballongen elektrifierats genom friktion och drar då till sig små papperslappar.

friktionselektrifiering

Elektrifieringen genom friktion sker huvudsakligen när två eller flera isolerande kroppar gnides mot varandra. Processen att gnugga kropparna ger energi till elektronerna i dessa material. Elektroner från isoleringsmaterial attraheras vanligtvis starkt av 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 laster med lika modul men med motsatta tecken.

Alla kroppar kommer inte att elektrifieras när de gnids, för att veta vilka materialpar som blir elektrifierade när de gnides, är det nödvändigt att veta 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 triboelektrisk serie.

DE triboelektrisk serie separerar olika material efter deras tendens att få eller förlora elektroner. på bordet|1| nedan, till exempel förstmaterial, i toppen av det, är de som tenderar att förvärva massorpositiv när de gnuggas, det vill säga, de tenderar att göra det tappa bortelektroner. Du senaste material, i 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 icke-fett)

Glas

Torrt och fettfritt människohår

Akryl

där

Papper (sulfit, servetter, papper som används för att torka händerna, etc.)

Uppblåst ballonggummi

Plast PVC, PP, vinyl (halm, plastpåsar, pvc foder, etc.)

Teflon

För att veta vilka material som är kompatibla, det vill säga vilka som kommer att elektrifieras vid gnidning, måste vi välj de som är längst ifrån varandra i tabellen, som sist och första, efter exempel. Genom att göra detta säkerställer vi att ett av elementen absorberar de elektroner som frigörs av det andra elementet som det gnuggas med.

Elektrifiering genom kontakt

Kontaktelektrifiering består av få två ledande kroppar att komma i kontakt, förutsatt att minst en av dem är förspänd. Denna typ av elektrifiering sker oftast mellan materialledare, eftersom elektronerna i dem är fria och därför utrustade med stor rörlighet. På så sätt behövs ingen extra energi för att få dem att hoppa från en kropp till en annan.

när två identiska ledande organ och elektriskt laddad beröring passerar elektroner från en kropp till den andra tills de elektriska laddningarna för båda är lika. På detta sätt, om vi vill veta vad den slutliga laddningen 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 fallet i fråga gällde samtidig kontakt mellan n organ, bör antalet organ beaktas, kontrollera:

Slutligen, om kropparna är från olika storlekar, måste vi inse att det bara kommer att finnas rörelse av elektroner så länge det finns möjlig skillnad mellan dem kommer därför passagen av elektroner att upphöra när elektrisk potential är densamma för var och en av dem.

Betrakta två ledande sfärer A och B, med olika radier, betecknade R_DE och R_B. I följande figur visar vi elektrisk potential formel av var och en av dessa sfärer matchar vi dem så att vi får formeln som låter oss beräkna elektrisk laddning inom dessa sfärer efter kontakt dem emellan, Kolla på:

F_DE och Q_B – elektrisk laddning av kropparna A och B

R_DE och R_B– strålar från kropparna A och B

U_DE mig_B– elektrisk potential för kropparna A och B

induktionselektrifiering

Induktionselektrifiering består av föra en tidigare laddad kropp, kallad induktor, närmare en elektriskt neutral ledande kropp, kallad inducerad, så att närvaron av induktorladdningar gör att elektronerna i den inducerade kroppen rör sig inuti den, vilket orsakar en polarisering av laster.

DE polarisering av laddningar det är inget annat än en separation 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 krävs alltså närvaron av en annan kropp, eller till och med ett medel genom vilket elektronerna kan flöda. Som regel, en jord, som består av att ansluta den inducerade kroppen till jord, genom en ledare.

Efter jordning kan elektronerna som finns i ankarkroppen strömma mot jorden eller från jorden mot ankarkroppen, enligt tecknet på laddningarna som finns i induktorkroppen.

I abstrakt, sker induktionselektrifieringsprocessen i följande steg:

• Steg 1: Approximation mellan induktorn och ankaret.
• Steg 2: Polarisering av ankarbelastningar på grund av induktorapproximation.
• Steg 3: Jorda ankaret, i närvaro av induktorn, så att elektroner kan flöda från marken eller till marken.
• Steg 4: Markborttagning.
• Steg 5: Induktorspel.

Se mer: Elektromagnetisk induktion - ansvarig för uppkomsten av elektriska strömmar i ledande material

Övningar om elektrifieringsprocesser

Fråga 1) (IF-SP) Tabellen nedan visar den triboelektriska serien:

Kanin päls
Glas
Mänskligt hår
Glimmer
där
kattskinn
Silke
Bomull
Bärnsten
Ebonit
Polyester
Polystyren
Plast

Genom denna serie är det möjligt att bestämma den elektriska laddningen som förvärvas av varje material när det gnides med ett annat. Styrofoam, när det gnides med ull, blir negativt laddat.

Glaset, när det gnuggas med siden, kommer att laddas:

a) positivt, eftersom det fick protoner.

b) positivt, eftersom det förlorade elektroner.

c) negativt, eftersom det fick elektroner.

d) negativt, eftersom det tappade protoner.

e) med noll elektrisk laddning, eftersom det är omöjligt för glaset att elektrifieras.

Respons: 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 korrekta alternativet är bokstaven b.

Fråga 2) (IF-SP) Blixtnedslag är en högintensiv elektrisk urladdning som kopplar samman stormmoln med atmosfären och marken. Den typiska blixtens intensitet är 30 000 ampere, ungefär tusen gånger intensiteten för en elektrisk dusch, och strålarna färdas över avstånd i storleksordningen 5 km.

(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Tillträde den: 30.10.2012.)

Under en storm närmar sig ett positivt laddat moln en byggnad som har en blixtledare, som visas i följande figur:

Enligt utlåtandet kan man säga att vid etablering av en elektrisk urladdning i åskledaren,

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 åskledaren till molnet.

e) elektroner och protoner överförs från en kropp till en annan.

Respons Bokstaven D

Upplösning:

Eftersom molnet är laddat med positiva laddningar, inducerar det rörelse av elektroner från marken, i kontakt med blixtledaren, mot molnet, eftersom, som vi vet, de positiva laddningarna inte leds, så det korrekta alternativet är 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. Sedan placeras sfären mot en annan identisk, elektrifierad med en elektrisk laddning lika med 50,0 μC. Efter denna procedur separeras sfärerna.

Den elektriska laddningen som lagras i sfären, i slutet av denna process, är lika med:

a) 20,0 µC

b) 30,0 uC

c) 40,0 uC

d) 50,0 uC

e) 60,0 uC

Respons: Bokstaven A

Upplösning:

Uttalandet talar om två processer för elektrifiering genom kontakt, båda involverar två kroppar, så vi kommer att göra beräkningen av avgiften i slutet av varje process, kontrollera:

Genom att addera och dividera de elektriska laddningarna på var och en av kontakterna finner vi att den slutliga laddningen bör vara 20,0 µC, så det korrekta 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
Fysikalärare

Källa: Brasilien skola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm