relatorio eletrostática

Eletrostática

IFBA – Campus Camaçari - 2011

Alunos: Gabriel Oliveira,

Jefferson Renê, Gustavo Almeida.

Curso: T.I – Matutino - 88231

IFBA – 2011 Gabriel Oliveira – Gustavo Almeida – Jefferson Renê

Gerador de Van der Graaf

Introdução

Logo quando uma molécula de um átomo é denominada eletricamente neutra, isso significa que ela tem a mesma quantidade de elétrons e prótons, à partir daí pode-se dizer que um corpo esta eletrizado quando possui excesso ou falta de elétrons. A quantidade de elétrons em falta ou em excesso caracteriza a carga elétrica Q do corpo, podendo ser positiva no primeiro caso e negativa no segundo.

O valor da carga elétrica Q, de um corpo eletrizado é expresso como sendo um múltiplo inteiro da carga elementar, a carga dos elétrons, isto significa que a carga é igual a mais ou menos o numero de elétrons. Um dos princípios fundamentais da eletricidade é o da atração e da repulsão entre as cargas elétricas, conforme elas sejam, respectivamente, de sinais opostos e de sinais considerado iguais, e o atrito pode ser um processo de eletrização que faça com que um corpo inicialmente passe de neutro para eletrizado positivo ou negativamente.


Fundamentação Teórica

Do ponto de vista teórico, as cargas elétricas produzidas no gerador de Van der Graaf são desenvolvidas pela correia, um isolante natural, que quando atritada aos rolamentos metálicos, sofre um processo eletrostático e eletriza-se transmitindo as cargas através da base metálica sustentadora dos rolamentos que por sua vez eletrizam a esfera metálica, e esta fica acumulada na mesma.

O principio básico do gerador de Van der Graaf é a transferência entre as cargas elétricas de um dado corpo para qualquer outro, nele um motor entra em movimento e assim faz com que uma correia isolante que passa por dois rolamentos entre em movimento consecutivo ao dela, através das pontas de metal a correia recebe carga elétrica de um gerador de alta tensão.

A correia eletrizada transporta as cargas até a o interior da esfera de metal onde estas são coletadas por pontas também de metal e conduzidas para a superfície externa da esfera, como as cargas são transportadas de forma continua pela correia, estas vão se acumulando na esfera.


Experimento 1º

Objetivo

Observar o comportamento das cargas elétricas e estáticas na superfície externa do condutor.

Material Utilizado

Gerador de Van der Graaf Fita adesiva Tiras de papel laminado Duas conexões de fios

Procedimento

Corte tiras de papel laminado (5mm x 60mm) e fixe-as na superfície externa da esfera com fita adesiva, somente a ponta das tiras. Ligue o gerador e observe o comportamento das tiras de papel laminado.

Questão

Depois de observar o comportamento das tiras de papel alumínio, qual a direção do campo elétrico criado em torno da esfera.

Ao realizar tal experimento utilizamos algumas tiras de papel alumínio as quais colocamos na esfera que se encontrava ao redor do gerador, esfera esta metálica, e aproximando o bastão destas tiras, percebemos que elas tendem a ir em uma direção radial em relação a esfera e tais tiras descrevem um movimento centro periférico, ou seja, vão do centro em direção a parte exterior da esfera. Partindo desse pressuposto, podemos perceber que as cargas que necessariamente se encontravam positivas, de fora para dentro, ou de certa forma negativas tendendo ir de fora para dentro, estabeleciam o sentido das cargas.


Experimento 2º

Objetivo

Descobrir o funcionamento do Eletroscópio de Folha.

Material Utilizado

Gerador de Van Der Graaff. Haste do Eletroscópio de folha. Bastão de teste

Procedimento

Com o gerador desligado, fixe a haste do eletroscópio de folha na cabeça do gerador, conforme a imagem abaixo. Ligue o gerador, observe o movimento das tiras laminadas e anote o observado.

Questão

1. Acontece esse afastamento das pontas por parte da tira porque a mesma está carregada eletricamente com cargas de mesmo sinal ou “polaridade”, mas ela está separada da esfera, o que a faz ser submetida ao campo desta, e como pela lei das pontas, as extremidades são mais fáceis de serem atingidas por campos ou descargas, elas se afastam com a repelência dos campos de mesmo sinal.

2. Ocorre inicialmente uma atração de pequenos fiapos de algodão para a esfera, passando a ser o algodão todo, e logo depois, alguns pedaços se separam e ficam se movimentando entre a esfera e o algodão. Isso ocorre porque esses dois materiais estão tentando buscar um equilíbrio, o algodão está menos energizado negativamente do que a esfera, e então é atraído por ela, os pedaços que se soltam se enchem de elétrons e então voltam ao algodão para descarregar, pois agora ele estava atraindo o algodão com seu campo, essa fase entra num ciclo.


Experimento 3º

Objetivo

Através desse experimento, analisar e descrever detalhadamente o funcionamento do torniquete.

Material Utilizado

• Gerador de Van Der Graaff.

• Torniquete Eletrostático.

Procedimento

Coloque no encaixe da parte superior da esfera o torniquete eletrostático, ligue o gerador e observe.

Questão

1. Comente o que ocorreu e justifique o fato em função d poder das pontas, da ionização provocada nas moléculas de ar e da terceira Lei de Newton.O torniquete passa a girar no sentido inverso ao das pontas após ligar o gerador, isso ocorre devido a reações explicadas pela lei das pontas, de Franklin, a eletrização do corpo do torniquete é maior nas suas pontas, onde a densidade elétrica é maior. Por causa dessa eletrização maior nas pontas, o ar ionizado pelo campo elétrico é maior ali. O ar ionizado fica com o mesmo sinal de ionização destas pontas, e seus campos se repulsam, provocando, pela lei de ação e reação de Newton, uma força motriz no torniquete. Esta constante repulsa ente as pontas e o ar gram este movimento.


2. Atividade extra: Fazer uma pessoa que esteja com os cabelos bem secos, ficar em pé sobre uma mesa, com as mãos em contato sobre uma base isolante e as mãos diretamente ligadas. Obs.: Dependendo da umidade do ar este experimento pode não ter o resultado, esperado. Caso isso aconteça justifique a influencia da umidade do ar.

O que acontece com os cabelos da pessoa é que ficam eriçados, ficam em pé, isto ocorre devido a mesma reação da questão anterior, os cabelos da pessoa são eletrizados pela máquina, mas nas pontas deles, esta eletrização fica maior, e o campo elétrico entre eles próprios e até com o ar, por ser de mesmo sinal, repele uns dos outros. Quando o ar está úmido, porém, esta ionização não ocorre facilmente, pois o ar passa a conduzir melhor a eletricidade e transferir as cargas.

3. Quais conclusões que se pode tirar?

Podemos tirar a conclusão de que podemos gerar movimento ou uma força de repulsão em objetos com pontas com facilidade ao eletrizá-los. Assim como que as pontas são melhores para captar descargas e por isso também são mais perigosas.


Experimento 4º

Objetivo

Descrever as condições necessárias para uma descarga elétrica. Observar a capacidade de condução elétrica do gás.

Material Utilizado

• Gerador de Correia.

• Uma conexão de fio.

• Uma esfera isolante.

Procedimento

Faça a conexão de fio entre o bastão de teste e a conexão de fio terra. Ligue o gerador, em aproxime o bastão de teste para próximo à esfera do gerador.

Questão

1. Observe o fenômeno e procure justificá-lo.Ao chegar perto o bastão da esfera ocorre uma descarga elétrica, isso porque o ar próximo aos dois se tornou condutor e os elétrons passaram de um para o outro sem precisar toque.

2. Justifique o comportamento do gás ar atmosférico de isolante para condutor.O ar se torna condutor por causa do campo elétrico aplicado nele com força o bastante para ionizá-lo, arrancando elétrons de seus átomos. Os íons no ar o transformam em condutor.


3. No momento em que o ar deixa de ser isolante, o campo elétrico possui certo valor entre os eletrodos. Como denominamos ao maior valor que o campo elétrico pode assumir, sem que o isolante conduza?Chamada de rigidez dielétrica, varia de matéria para material.

4. Sabendo-se que a intensidade máxima do campo elétrico necessário para tornar o ar condutor é aproximadamente igual a 3,0x106 N\C, o diâmetro da esfera do gerador é de 20,0 cm e considerando-se a constante eletrostática do ar como sendo 9,0 x 109 NmC-², determine o valor da carga máxima acumulada na esfera do gerador.

O valor máximo da carga elétrica para este valor pode ser calculado por equações matemáticas desenvolvidas por físicos que estudaram a área, um exemplo deste, é a equação de Coulomb:

Fr = k . | Q. q | --------------- D²

5. Considerando o modulo do campo elétrico nas proximidades da esfera do gerador como sendo uniforme, determine a diferença de potencial elétrico entre a esfera do gerador e o bastão metálico, utilizando a expressão U = Emáx, sendo d a distancia em que ocorre a transferência de carga entre a esfera e do gerador e o bastão metálico. Tal diferença de potencial elétrico é gerada pela interação entre a esfera auxiliar e o bastão metálico que de certa forma, atual de forma a expressar a dinâmica eletrostática, desta forma, a diferença de potencial será gerada pela expressão U = Emáx que atribuindo os valores, facilmente é chegado ao resultado final desta dinâmica.


Referências

Eletrostática, 2008, Centro Federal de Educação Tecnológica da Bahia, CEFET-BA, Dep. Ciências Aplicadas de Física.

CALÇADA, Caio Sérgio e SAMPAIO, José Luis. Física Clássica; São Paulo; Editora Atual Ltda. 1985.

RAMOS, Luis Antonio Macedo. Física Experimental; Editora Mercado Aberto; Porto Alegre – RS, 1984.

ALVARENGA, Beatriz e MAXIMO, Antonio. Curso de Física – Vol. 3; São Paulo; Scipione, 1997.

Equipe: Gabriel Oliveira, Gustavo Almeida, Jefferson Renê.


Gerador de Van der Graaf:

Tiras de Alumínio:

Torniquete Elétrico com o Gerador de Van der Graaff:


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