Pratica 02 - Gerador de Van de Graaff

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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS
CAMPUS III - LEOPOLDINA
ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
LABORATÓRIO DE FÍSICA II
Prática 02
GERADOR DE VAN DE GRAAFF.
Grupo: 	Julia Farage Freitas Rios
	Marcos Paulo Cardoso Carneiro
	Maria Elisa Rodrigues Ferreira
	Roberta Berno e Silva
PRÁTICA REALIZADA EM 29/08/2022
Introdução
A Prática 02 da disciplina de Laboratório de Física II abordou um experimento sobre o Gerador de Van de Graaff e os efeitos de alta tensão, avaliando a indução eletrostática que consiste no processo de carregar eletricamente os objetos utilizados, além de averiguar a rigidez dielétrica, esta que consiste no limite superior da intensidade do campo elétrico (que determinado material dielétrico é capaz de suportar sem tornar-se condutor. 
Para a realização da tarefa foram utilizados os seguintes equipamentos: um gerador de Van de Graaff, um eletroscópio de folha, duas folhas de alumínio, uma esfera oca metálica, uma lâmpada fluorescente, um fio de cabelo humano, um pedaço redondo de algodão e um torniquete elétrico.
O gerador é um aparelho que armazena cargas elétricas no terminal esférico e pode gerar altas tensões, sendo composto de uma correia de material isolante, dois roletes, uma cúpula de descarga, um motor, uma coluna de apoio e duas escovas. Uma correia de borracha, ao se movimentar, se eletriza por atrito com as escovas e a carga elétrica em excesso causada pela eletrização se acumula na esfera metálica, criando campos elétricos suficientes para quebrar momentaneamente o isolamento do ar e criar pequenos raios elétricos. 
Esse tipo de gerador é bastante aplicado em laboratórios, justamente com o objetivo de se conseguir tensões extremamente elevadas e em estudos experimentais de eletrostática.
Objetivos
A atividade prática possui o objetivo de verificar a existência das linhas de força através do mapeamento do campo elétrico gerado pela tensão do gerador, de modo a ser possível interpretar os efeitos de alta tensão deste campo produzido pelo acúmulo de cargas em uma esfera oca metálica, além de realizar o estudo qualitativo do campo elétrico e suas propriedades. 
Desenvolvimento
O gerador de Van de Graaff é formado por um motor que movimenta uma correia feita de material isolante, ela deve possuir uma boa qualidade para que o gerador tenha um bom funcionamento. O rolete é um material dielétrico que apoia e tensiona a correia, funcionando como um indutor que provoca o processo de eletrização por indução entre suas cargas positivas e as cargas negativas oriundas da escova. Essa indução eletriza a correia por atrito, fazendo com que as cargas subam e sejam parcialmente capturadas por uma segunda escova, que está em contato com a esfera do gerador. As cargas elétricas de sinal oposto ao da correia adentram por ela, deixando a esfera do gerador carregada eletricamente, sendo capaz de gerar altas tensões elétricas.
Na esfera do gerador de Van de Graaff são acumuladas cargas elétricas negativas, consequência do atrito contínuo da correia contra o rolo não condutor inferior movido pelo motor. Os elétrons são levados pela correia até a parte inferior da esfera oca, sendo transmitida devido à diferença de potencial, a esfera oca fica carregada
O primeiro experimento possui o intuito de detectar se um corpo está eletrizado através do eletroscópio de folha de alumínio. Ao ligar o gerador, foi observado que as folhas de alumínio apresentaram uma notável repulsão entre si, isso devido a energização das mesmas com cargas de mesmo sinal, o que comprova que o corpo estava eletrizado.
Para a realização do segundo experimento, pequenas tiras de alumínio foram distribuídas ao longo da superfície esférica. Ao ligar o gerador, as tiras de alumínio adquirem cargas de mesmo sinal da esfera e consequentemente são repelidas, adquirindo um posicionamento perpendicular a superfície condutora. O posicionamento final de cada tira de alumínio indica o sentido do campo elétrico.
Para o terceiro experimento um fio de cabelo foi disposto na superfície esférica. Ao ligar o gerador, foi observado que o fio de cabelo ficou perpendicular a superfície condutora, indicando o sentido do campo elétrico. Nesse experimento, pôde ser observado que o campo elétrico superou a rigidez dielétrica e eletrizou o cabelo por contato.
	O quarto experimento utilizando o Gerador de Van de Graaff foi realizado com a utilização de um torniquete eletrostático, que é formado por quatro hastes metálicas com as pontas envergadas em 90° à esquerda. Com o gerador desligado o torniquete foi acoplado na sua parte superior, posteriormente o gerador foi ligado, o torniquete começou a girar no sentido oposto às suas pontas, sendo possível observar o fenômeno estático.
	O torniquete gira ao redor do seu eixo em sentido oposto às pontas, isto porque as pontas estão eletricamente carregadas, dando origem à campos elétricos que ionizam moléculas de ar próximas. Portanto, pode-se concluir que as pontas positivas atraem elétrons negativos e repelem íons positivos. Quanto maiores forem as cargas, maiores serão a força e a velocidade de rotação.
	O quinto experimento consistiu na utilização fiapos de algodão, estes eram atraídos pelo gerador, pois estavam neutros e a esfera eletrizada. Após se carregarem com a mesma carga do gerador, eram repelidos, pois as cargas dos corpos ficaram iguais e se repeliram, observando o fenômeno de indução, esse processo ia se repetindo de forma muito rápida. No momento em que o algodão estava na esfera ele estava eletrizado, com a mão sendo aproximada, as cargas em excesso atraem as cargas da mão.
	O sexto experimento no gerador de Van de Graaff utilizou uma lâmpada fluorescente, aproximando a lâmpada da esfera carregada do gerador ela acendeu até onde a mão da pessoa que a segura estava localizada, isso devido a diferença de potencial entre a esfera e a pessoa. A lâmpada recebe uma carga da esfera carregada, sofrendo na sua região interna uma diferença de potencial que eletriza o gás da lâmpada liberando energia em forma de luz.
	O professor e alguns alunos com o cabelo seco subiram em uma base isolante e colocaram as mãos na esfera carregada do Gerador de Van de Graaff, pois quando ele começa a carregar ele transfere a carga para a pessoa, com o objetivo que os cabelos ficassem eletrizados. Mas devido ao tempo úmido e alguns outros fatores, este experimento não obteve total satisfação, mas mesmo assim foi possível observar o fenômeno ocorrendo. 
	O que faz com que os cabelos fiquem eletrizados é o contato entre o gerador e a pessoa, fazendo, por indução, que se acumulem cargas de sinais iguais ao da esfera nos cabelos, ocorrendo uma repulsão entre os fios, fazendo-os arrepiarem. 
	No oitavo experimento, foi utilizado um recipiente plástico contendo um óleo de rícino, no qual estavam submersas inúmeras sementes de grama. Foram conectados dois eletrodos ao gerador de Van de Graaff, estes que também foram submetidos em contado direto com o recipiente contendo as sementes de grama. Ao ligar o gerador, foi possível perceber que as sementes se rearranjavam de acordo com a movimentação dos eletrodos no óleo, sendo assim possível observar as linhas de campo elétrico representadas pelas sementes. O formato desse campo elétrico se modifica de acordo com a polarização dos eletrodos e também do posicionamento dos mesmos em contato com o óleo. 
	Um dos métodos experimentais frequentemente utilizados com o gerador de Van de Graaff é o experimento com a esfera oca. Na prática a respeito do gerador realizada em laboratório, não foram executados os procedimentos utilizando essa esfera oca, no entanto, é importante citar o comportamento do gerador quando o mesmo reage com essa esfera. Quando a esfera metálica oca, até então descarregada, é aproximada do gerador, são produzidas pequenas faíscas (descargas elétricas) devido a corrente elétrica produzida pelo campo elétrico do gerador de Van de Graaff. Esse evento ocorre, pois, fundamentalmente, ao se aproximar um corpo metálico descarregado (esfera oca) deum corpo metálico eletrizado (gerador), ocorre a transferência de uma parte da carga do corpo eletrizado para o descarregado, sendo que essa transferência é parcial, ou seja, é interrompida quando os potenciais dos dois corpos se igualam.
	Realizados todos os experimentos com a utilização do gerador de Van de Graaff, foram observados com clareza os conceitos a respeito de eletromagnetismo e eletricidade, com a observação do campo elétrico produzido pelas cargas do gerador através de diversos métodos, sendo assim, é possível dizer que o experimento produziu resultados extremamente satisfatórios, sendo possível compreender o funcionamento dos geradores utilizados na aceleração de partículas, fazendo paralelos com situações cotidianas dos princípios vistos na teoria.
Conclusão
Com a realização dos vários experimentos utilizando o gerador de Van de Graaff nesta prática, foi possível estudar os conceitos gerais de um campo elétrico, onde ao redor da esfera eletrostática é criado um desses campos quando o gerador é ligado, sendo possível observar que este campo aponta para fora da esfera, ou seja, é perpendicular à mesma. Além disso, pode-se observar principalmente pelo experimento com as sementes de grama que o potencial do gerador influencia diretamente nos objetos externos, de acordo com a direção do campo.
Fazendo um paralelo com um exemplo cotidiano, a esfera funciona com conceitos semelhantes ao de um para-raios, onde, em o ar do ambiente ao redor da mesma encontra-se mais condutor do que em situações normais, fazendo com que esses campos elétricos possam ser observados mesmo sem um contato direto, como pode ser observado ao aproximar o cabelo ou até mesmo uma folha de alumínio. Isto porque a rigidez dielétrica do ar se rompe graças ao acumulo excessivo de carga elétrica na esfera que causa uma visível troca de elétrons.
Portanto, é possível concluir que esses conceitos são de grande importância para a boa compreensão de toda teoria vista em sala de aula a respeito do eletromagnetismo, desde os conceitos básicos de eletricidade até os conceitos mais específicos a respeito de campos elétricos.