RELATORIO DE 12112015

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UNIVERSIDADE VALE DO ACARAU 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
PRÁTICA I
PRINCÍPIO DO FUNCIONAMENTO DO ELETROSCÓPIO DE FOLHAS – DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS EM UM CONDUTOR
DATA: 12/11/2015
ALUNO: ANDERSON ANDRÉ DE SOUZA
PROFESSOR: MARCIO DE MELO FREIRE
SOBRAL -CE
INTRODUÇÃO
A eletrostática é o ramo da física no qual podemos observar constantemente os seus efeitos na natureza. Desde o ato de pentear o cabelo e depois o pente atrair corpos leves como desfrutar da luz elétrica e usar eletrodomésticos dos mais variados, como, por exemplos: celulares, TVs micro-ondas etc.
Ao qual o estudo aqui citado será baseado na análise das carga elementares que são os elétrons, prótons e nêutrons em seu estado de repouso, dando especial ênfase aos elétrons e sua carga elétrica. Estudando os fenômenos eletrostáticos, como, por exemplo, neutralidade , atração e repulsão de objetos .
O experimento direcionou-se à análise e observação de tais fenômenos, especificamente para a distribuição de cargas elétricas nos corpos, o princípio de funcionamento do eletroscópio e os modos pelos quais ocorrem as descargas elétricas na atmosfera.
Solicitado pelo professor Márcio De Melo da laboratório de eletricidade e magnetismo I, o presente relatório tem como principal objetivo efetuar um estudo baseado na prática que foi sobre princípio do funcionamento do eletroscópio de folhas – distribuição de cargas em um condutor, a qual vem sendo abordada no laboratório por meio das aulas ministradas pelo professor Márcio, na Universidade Vale Do Acaraú. 
Sendo assim, este relatório baseia-se na prática de laboratório realizada em grupo, no dia 05 de Novembro de 2015, sob a supervisão e orientação da professor da disciplina. 
OBJETIVOS
		Descrever o funcionamento do eletroscópio de folhas;
Concluir que as cargas elétricas (estáticas) se distribuem na superfície externa do condutor;
Justificar esta distribuição de cargas.
MATERIAL 
Um gerador de correia;
Um eletrodo para eletroscópio (1);
Duas laminas de alumínio 10mm x 250 mm, dobradas ao meio;
Uma esfera com cabo;
Uma cuba acrílica cilíndrica;
Duas conexões de fios com pino banana;
Fita adesiva.
FUNDAMENTOS
	O Átomo
Toda matéria é formada por partículas dimensões extremamente pequenas, denominadas átomos. O átomo é partícula fundamental da matéria. Na antiguidade, acreditava-se que o átomo era indivisível e maciço, mas depois de um certo tempo que os átomos, por sua vez, também são formados por partículas elementares, sendo formado por partículas menores que estas, as sub partículas.
Um átomo é constituído de três partículas consideradas como “elementares”, tal conceito hoje não é mais válido, visto que foi constatado por meio do Grande Colisor de Hádrons, que existem partículas menores que os prótons. Entretanto, ainda assim, para o ensino básico e introdutório mantém-se o átomo como sendo composto por três partículas elementares, caracterizadas pelas suas cargas elétricas e massas, são elas:
Próton – partícula de carga elétrica positiva (+) situada no núcleo do átomo, junto aos nêutrons. Tem massa convencionada em 1, sendo sua carga real 1,673·10−27 Kg. É constituído de dois quarks u p e um quark Down. Possui carga de 1,6·10-19 Coulomb (C), assim como os elétrons, porém estes possuem carga contrária aos prótons.
Nêutron – partícula de carga elétrica neutra, encontra-se no núcleo junto com os prótons. Tem massa convencionada em 1, sendo sua massa real 1,675·10−27 Kg. É constituído por dois quarks Down e um quark u p. Possui carga de (-0,4±1,1)·10−21, sendo esta teoricamente nula. Indispensável em todos os núcleos atômicos, pois este é responsável por mantê-lo estabilizado, não estando presente apenas no núcleo do isótopo de Hidrogênio 1H.
Elétron – partícula de carga elétrica negativa (-), que se dispõe em orbita ao redor do núcleo, na eletrosfera, o que gera o denominado campo eletrônico, o qual pode ser eletrostático ou eletrodinâmico. Tem massa real de 9,1093897·10-31 Kg, que é teoricamente descartada. A carga dos elétrons é oposta a dos prótons, entretanto é numericamente igual à carga dos últimos em módulo, sendo igual a --1,6·10-19 C. Para um átomo ser “estável” é indispensável que o número de carga dos prótons e elétrons seja igual, é importante salientar que apesar de cargas iguais, as massas são distintas. A eletrosfera é atraída pelo núcleo devido às cargas elétricas opostas. A eletrosfera é atraída pelo núcleo devido às cargas elétricas opostas. A eletrosfera tem carga elétrica negativa equivalente à carga elétrica positiva dos prótons do núcleo. Por isso, quando há uma mesma quantidade de prótons e elétrons diz-se que o átomo é eletricamente neutro.
De acordo com a Mecânica Quântica ainda há algumas propriedades inerentes a todo átomo. Sendo alguma delas:
Os prótons e nêutrons devem estar agrupados em uma massa central (núcleo) onde equilibram-se as forças de repulsão elétrica (+) e as forcas de atração gravitacionais (massas).
Os elétrons, por não terem massa, movimentam-se em órbitas ao redor deste núcleo (região chamada eletrosfera).
A quantidade de elétrons deve ser igual à de prótons, para manter a neutralidade elétrica do átomo.
Carga Elétrica
É uma propriedade física fundamental que determina as interações eletromagnéticas. A carga elétrica de um corpo pode ser descrita como sendo o desequilíbrio entre a quantidade de prótons e elétrons deste, afinal quando estes estão em equilíbrio a carga elétrica será nula. E em caso contrário, quando há desequilíbrio, estes podem ter carga positiva, quando houver um número menor de elétrons, ou negativa, quando o número de elétrons for maior que o número de prótons.
A falta e/ou o excesso de elétrons em um corpo é consequência do fato dos elétrons, que diferente dos prótons, são dinâmicos, possuindo capacidade de transferir-se de um corpo a outro, assim como locomover-se na eletrosfera do próprio átomo. Então, quando um corpo que estava originalmente neutro passa a ter carga negativa ou positiva, significa que ele ganhou ou perdeu elétrons, respectivamente. Quando isto corre este passará a possuir uma carga Q, a qual pode ser calculada por meio da equação 1.
fórmula	(1)
onde n, é o número de elétrons; e, é a carga elementar de valor |e| = 1,6·10-19 C. Sendo Q representado pela unidade de medida Coulomb (C).
Princípios Fundamentais E Lei De Coulomb
Lei de Du Fay ou Lei da Atração e Repulsão foi criada por [Charles François de Cisternay du Fay (Paris, 14 de Setembro de 1698 – 1739)]: Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais opostos se atraem.
Conservação de quantidade de carga elétrica: Num sistema eletricamente isolado a soma algébrica das cargas positivas e negativas permanece sempre constante.
Lei de Coulomb: é uma lei da física que descreve a interação eletrostática entre partículas eletricamente carregadas. Foi formulada e publicada pela primeira vez em 1783 pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb e foi essencial para o desenvolvimento do estudo da Eletricidade. Vemos que se considerarmos duas cargas Q1 e Q2 separadas por uma distância d e imersas no vácuo. Tais cargas podem sofrer atração ou repulsão, sendo que cargas iguais se repelem e opostas se atraem. Qual a força elétrica que estas cargas exercem uma na outra? Para determinar isto utiliza-se a seguinte equação 2.
 ,Sendo F a força elétrica entre as cargas; K, a constante eletrostática no vácuo (ko = 9 · 109 N·m2/C2); Q, a carga elétrica e d, a distância. A unidade de medida da força elétrica F é Newton (N)
Eletrização
Eletrizar um corpo significa transferir ou retirar elétrons deste, de modo que seja possível gerar uma alteração em suas cargas elétricas originais, um exemplo disto, é fazer com que um corpo neutro torne-se eletricamente negativo. Existem três modos principais de eletrização: por contato, por atrito e por indução.
	
Contato
A eletrização por contato consiste em uma eletrização
em que um corpo A carregado eletricamente irá entrar em contato com um corpo B, o qual pode ou não estar carregado eletricamente, e através do contato haverá troca eletrônica, e consequentemente de cargas elétricas, visando alcançar um equilíbrio em que os dois corpos, A e B, estão eletricamente com uma mesma carga e sinal. O cálculo da eletrização por contato consiste em uma média aritmética, equação 3.
fórmula	(3)
	Atrito
Diferente da eletrização por contato, neste tipo de eletrização não há necessidade de um dos corpos estar eletrizado. Ao atritar dois corpos com composições distintas, haverá troca eletrônica, de modo que os corpos terão cargas opostas. A equação 3 ilustra este cálculo.
	Indução
A Indução consiste em um tipo de eletrização, na qual não há contato entre os corpos. Como ilustra a figura 01 (a) e (b), ao aproximar, por exemplo, um indutor A com cargas elétricas negativas a um condutor B neutro, este terá cargas positivas e negativas situadas na sua superfície. Se o condutor B for ligado à terra, as cargas de mesmo sinal de A, que no caso são negativas, são descarregadas à terra, fazendo assim com que o condutor que antes era neutro, se torne eletrizado com cargas positivas, procedimento ilustrado nas figuras 02 (a) e (b).
O mesmo ocorre quando se tem um indutor A com cargas positivas, o condutor neutro ou induzido possuirá cargas positivas e negativas na sua superfície, caso ele seja ligado a terra as cargas positivas serão anuladas pelas cargas negativas da terra e assim o corpo indutor se torna eletrizado com cargas negativas. De forma resumida, o condutor ou corpo induzido se eletrizará sempre com cargas opostas ao indutor. 
Figura 1: (a) Indutor e Condutor Neutro (b) Aproximação do indutor ao condutor, este, agora, 
se torna induzido
Fonte: Adaptações de PEREIRA, 2013.
Figura 1: (a) Aterramento do induzido, as cargas negativas são descarregadas a terra (b) Após a descarga dos elétrons, o corpo induzido fica eletrizado com as cargas positivas, opostas ao indutor
	Fonte: Adaptações de PEREIRA, 2013.
Campo Elétrico
O campo elétrico pode ser definido como sendo um campo de força criado a partir da ação das cargas elétricas que orbitam ao redor do núcleo atômico formando um campo elétrico. O Vetor campo elétrico pode ser expresso pela equação:
	(4)
Dado: E, Campo Elétrico; F, Força Elétrica e q a carga de prova. Enquanto para se calcular o campo elétrico utiliza-se a equação:
fórmula	(5)
Dado: E, Campo Elétrico; k, a constante eletrostática no vácuo (ko = 9 · 109 N·m2/C2); Q, a carga elétrica e d, a distância.
PROCEDIMENTOS :
	ligue o aparelho por alguns instantes e torne a desligá-lo, comente o observado nas tiras laminadas e tente justificá-lo em termos de distribuição de cargas.
A esfera é carregada na superfície externa, e como o papel alumínio é neutro a esfera acaba passando elétrons por se cargas iguais acabam-se repelindo.
Já em seu interno o campo é nulo , não acontecendo nada com o papel.
		Toque com o bastão de teste na esfera do gerador e justifique o observado.
Aproximando o bastão de teste a esfera verifica-se pequenos ruídos de raios (indução). Já quando o bastão que está neutro quando é encostado na esfera que está carregada, ela é descarregada e o papel alumínio que está na superfície volta à posição normal.
1.3. Ligue o gerador carregando a esfera negativamente e torne a desliga-lo. Comente e justifique o observado, tanto internamente como externamente a esfera, em termos de distribuição de carga elétrica.
A esfera é carregada negativamente no seu externo, e como o papel alumínio é neutro a esfera acaba passando elétrons e se repelindo já em seu interno o campo elétrico é neutro não acontecendo nada com o papel.
Questionário
1) Cite três partículas fundamentais do átomo com o valor e o sinal de suas cargas elétricas
Próton +
Nêutron 0
Elétron –
2) O que você entende por uma carga elétrica?
Carga elétrica é uma propriedade física fundamental que determina as interações eletromagnéticas. Exemplos: atração, repulsão e desestabilidade das cargas.
3) Expresse a leu das cargas de Coulomb.
Esta lei estabelece que o módulo da força entre duas cargas elétricas puntiformes (q1 e q2) é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos (módulos) das duas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância r entre eles. Esta força pode ser atrativa ou repulsiva dependendo do sinal das cargas. É atrativa se as cargas tiverem sinais opostos. É repulsiva se as cargas tiverem o mesmo sinal.
fórmula 
4) Compare a eletrização por atrito (contato) com a eletrização por indução.
Como o próprio nome diz, atritando-se, ou melhor, colocando-se dois corpos constituídos de substâncias diferentes e inicialmente neutros em contato muito próximo, um deles cede elétrons, enquanto o outro recebe. Ao final, os dois corpos estarão eletrizados e com cargas elétricas opostas.
Dizemos que a eletrização por contato é um processo no qual um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo neutro. De preferência, devem ser usados dois corpos condutores de eletricidade.
Dizemos que a indução eletrostática é o fenômeno de separação das cargas elétricas de sinais contrários em um mesmo corpo. Portanto, esse tipo de eletrização pode ocorrer apenas pela aproximação entre um corpo eletrizado e um corpo neutro, sem que entre eles aconteça qualquer tipo de contato.
5) Classifique os materiais que fazem parte do gerador eletrostático: haste acrílica, roletes, plaquetas, e esfera, quanto a bons condutores elétricos ou maus condutores elétricos.
Haste acrílica – mau condutor.
Roletes – mau condutor.
Plaquetas – bom condutor
Esfera – Bom condutor
Conclusão
Alguns materiais apresentam características de condução por apresentar ligações livres de elétrons na sua composição. Isso permite disse que eles tem liberdade de movimento, assim como os isolantes não conduzem por apresentarem ligações fortes, logo os elétrons não pode se movimenta com liberdade. Porém, devemos considerar o meio em que se encontra, notando que se mergulharmos em água algum material pode mudar suas características de condutividades fazendo este virarem um condutor. Isto se deve ao aumento da permissividade do meio, acarretando na mudança da força molecular do material.
Bibliografia
PRÁTICA 1: PRINCÍPIO DO FUNCIONAMENTO DO ELETROSCÓPIO DE FOLHAS – DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS EM UM CONDUTOR. Disponível em: <https://www.passeidireto.com/arquivo/6169088/pratica1-principio-do-funcionamento-do-eletroscopio-de-folhas--distribuicao-de-c>. Acesso em: 5 de nov de 2015.
Vide a prática 301082.004 PRINCÍPIO DO FUNCIONAMENTO DO ELETROSCÓPIO DE FOLHAS – DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS EM UM CONDUTOR
http://www.efeitojoule.com/2008/04/atomo-eletrons-protons-e-neutrons.html.Acesso em: 5 de nov de 2015.
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAgJ-kAD/relatorio-fisica-atuacao-eletrostaticaAcesso em: 6 de nov de 2015.