Relatório Fisica Experiental III Exp 02 Gilberto Rufino

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
CURSO DE ENGENHARIA
FÍSICA EXPERIMENTAL 3
Turma 1009
Experiência nº 02
10/03/2015
Nome da experiência:
DESCARGA EM GASES SOB PRESSÃO ATMOSFÉRICA
Professor: Giberto Rufino
Antonio Carvalho mat: 201402186738
Pauline Silvestre mat: 201401366694
Rafael Neves mat: 201307229115
Rosilane Moreira mat: 201403230341
Introdução:
Diversos são os experimentos e ensaios nos quais se verifica, sob altas tensões, a passagem da corrente elétrica em certos meios que deveriam se comportar como isolantes elétricos. Tal fenômeno ocorre, por exemplo, no arco voltaico, no chifre elétrico, na lâmpada de plasma, na lâmpada fluorescente, no faiscador da bobina de Tesla etc. Trata-se de uma descarga elétrica.
Caracteriza-se pela passagem da corrente elétrica num fluido ou num dielétrico, normalmente isolante, o qual, submetido à ação de um campo elétrico intenso, ioniza-se e se torna condutor. 
 Neste experimento, iremos:
Entender o conceito de carga elétrica;
Descrever e entender o fenômeno da geração de cargas elétricas em um gerador do tipo Van der Graaff;
Entender o fenômeno da descarga elétrica e o mecanismo de transporte de cargas na atmosfera.
Reconhecer a importância da pressão e da distância entre os eletrodos na capacidade de condução elétrica num gás.
Desenvolvimento Teórico:
A carga elétrica de uma substância é o valor relativo à sua quantidade de prótons, elétrons, nêutrons. Essa carga pode ser neutra, positiva ou negativa, dependendo desses valores. Qualquer coisa que conhecemos tem uma carga elétrica, mesmo não sendo facilmente perceptível. Isso porque tudo no mundo é formado por átomos que, por sua vez, são formados por átomos. O núcleo dos átomos é formado por nêutrons, prótons e outras cargas: parte que representa as cargas positivas. Ao redor do núcleo, os elétrons (cargas negativas do átomo) ficam orbitando em volta do núcleo. Um corpo pode estar negativo ou positivo, dependendo da quantidade de elétrons que ele contiver.
Dois corpos com cargas distintas podem trocar elétrons, ou seja, um corpo pode doar elétrons para outro, alterando o valor original das cargas. Esse fluxo de elétrons livres é chamado de corrente elétrica. Este pode ocorrer graças a um contato direto entre dois corpos ou por um contato indireto através de algum material condutor. Existem diversos tipos, que agem diferenciadamente, como base em sua composição.
Para se fazer passar corrente elétrica através de um gás, por exemplo, imergem-se nele duas peças metálicas, separadas por uma distância d, que são ligadas aos pólos de um gerador. As peças metálicas são chamadas eletrodos. O eletrodo ligado ao polo positivo é chamado ânodo; o outro é chamado cátodo. Entre os eletrodos existe, então, uma diferença de potencial V.
Pode-se agora levantar a seguinte questão: um gás é condutor ou isolante?
O que ocorre é o seguinte: se a distância d for pequena, isto é, de alguns centímetros, para cada pressão do gás sempre existe certa diferença de potencial V acima da qual o gás conduz, e abaixo da qual não conduz. Mas, se a distância d for grande da ordem de um ou vários metros, e a pressão alta, de uma ou mais atmosferas, então o gás é isolante, mesmo que a diferença de potencial entre os eletrodos seja de milhões de volts.
Portanto, um gás pode ser condutor ou isolante, dependendo da sua pressão, da distância entre os eletrodos e da diferença de potencial existente entre eles.
Esse fato é o que permite utilizar a eletricidade. Pois, se os gases fossem condutores em quaisquer circunstâncias, todas as vezes que tivesse dois corpos eletrizados haveria uma corrente elétrica no ar de um para outro, e nunca se poderia manter a diferença de potencial entre eles.
Essa é uma diferença entre o comportamento de um gás e o de um metal. O metal sempre é condutor: por menor que seja a diferença de potencial entre seus extremos, passa por ele uma corrente elétrica. Outra diferença entre a condução pelos gases e a dos metais, é que os metais não obedecem à lei de Ohm, isto é, o quociente da diferença de potencial entre os eletrodos pela intensidade da corrente que passa pelo gás não é constante. Por isso diz-se que os gases são condutores não ôhmicos.
Material Utilizado:
Um gerador eletrostático do tipo Van der Graaff;
Uma esfera metálica com bastão;
Uma conexão com pinos banana;
Experimento:
O Processo acima foi evidenciado através de um gerador de Van der Graaf, onde podemos ver e analisar de perto a passagem de corrente utilizando-se um gás (no caso, o ar atmosférico), como condutor. Portanto, a pressão do ar a ser utilizada é a pressão atmosférica, de Pascal (N/m²). 
Resultados:
1) O que se entende por campo elétrico?
R: Um campo elétrico é o campo de força provocado por cargas elétricas, (elétrons, prótons ou íons) ou por um sistema de cargas. Cargas elétricas num campo elétrico estão sujeitas a uma força elétrica.
2) Porque dizemos que o campo elétrico é um campo conservativo?
R: Na mecânica, vimos a definição de fora conservativa é aquela cujo trabalho não depende da trajetória, mas apenas das posições inicial e final da partícula sobre a qual ela atua. Observamos esse comportamento no campo elétrico, porque a força elétrica é um campo de força conservativa. Também pode se dizer que o campo elétrico e um campo conservativo, mesmo que ele não seja uniforme.
3) O que se entende por linhas de força de um campo elétrico?
R: As linhas de força (ou de campo) são linhas imaginárias, tangentes aos vetores campo elétrico em cada ponto do espaço sob influência elétrica, e no mesmo sentido dos vetores campo elétrico.
4) Cite três propriedades das linhas de força do campo elétrico:
R: 
Saem de cargas positivas e chegam às cargas negativas.
 
 
 As linhas são tangenciadas pelo campo elétrico:
 
A cada ponto do campo, associa-se um vetor E. A linha de força é tangente ao vetor campo elétrico em cada um de seus pontos.
Duas linhas de força nunca se cruzam.
 
Por um ponto de um campo elétrico não podem passar duas linhas de força. Portanto, duas linhas de força não podem se cruzar.
Com base na figura acima, reponda:
5) Assinale a região onde o campo elétrico representado é mais intenso:
R: Quanto mais próxima de Q mais intensa será a força sobre a "carga de prova q" e, inversamente, será tanto menos intensa quanto mais afastada de Q.
Logo, a região mais intensa é a de menor distância, ou seja, no meio.
6) Desenhe a orientação do vetor campo elétrico e nos pontos assinaladas de P1 a P5:
R: 
7) Caso abandonássemos uma carga no interior deste campo, trace a possível trajetória que a mesma teria se:
 
A carga fosse positiva:
A carga fosse negativa:
R: Se fosse positiva:
 
 
 
 Se fosse negativa: 
8) Explique o processo de formação e acúmulo de cargas no gerador eletrostático:
R: Quando se introduz um condutor carregado dentro de outro oco e é posto em contato, toda a carga do primeiro passa ao segundo, qualquer que seja a carga inicial do condutor oco. Teoricamente, o processo poderia se repetir muitas vezes, aumentando a carga do condutor oco indefinidamente. Mas, existe um limite devido às dificuldades de isolamento da carga. Quando é elevado o potencial, o ar que o rodeia se torna condutor e começa a perder carga.
9) Descreva e explique o fenômeno ocorrido ao se aproximar a esfera metálica da cúpula do gerador eletrostático:
R: Quando o bastão de metal é colocado perto da Esfera de metal se a diferença de tensão entre o bastão de metal e a esfera de metal chegar a atingir 30,000 Volts por centímetro de ar seco. Uma corrente flui da esferade metal para o bastão de metal, através do ar seco.
10) Justifique o fato da mistura gasosa envolvente (ar atmosférico) passar de isolante para condutora de eletricidade. Faça uma comparação com o fenômeno dos relâmpagos que ocorrem durante uma tempestade:
R: Suponhamos que um campo elétrico seja aplicado a um corpo isolado, colocando-o entre dois polos eletrizados e de sinais opostos (no caso em questão, o chão e as nuvens). Nestas condições, uma força elétrica atuará sobre todos os elétrons do isolante, o ar, tendendo a arrancá-los dos seus átomos. Sendo o campo aplicado suficientemente intenso, os elétrons serão arrancados e tornam-se elétrons livre, criando-se assim um grande número de íons no ar, alguns positivos e outros negativos. Devido aso íons presentes no ar, ele se torna condutor de eletricidade, permitindo assim o surgimento da corrente elétrica (no caso em questão, do raio). Processo semelhante pode ocorrer em qualquer outro isolante, dependendo apenas do valor do campo elétrico aplicado.
11) Justifique o ruído e a cor azulada verificada durante a descarga elétrica ocorrida no ar. Qual é o sentido do raio azulado produzido (da cúpula para o bastão ou do bastão para a cúpula)?
R: A coloração azulada da descarga se dá pelo fato de ser um "jato" de grande intensidade em um curto intervalo de tempo, e de acordo com o espectro das cores, tons azulados demonstram maior intensidade, o que acontece em nossa descarga. O ruído grave que escutamos é devido ao rápido aquecimento e expansão das moléculas de ar ao redor da esfera, isso no momento em que sua rigidez é quebrada.
12) Explique o movimento de cargas durante a produção da descarga elétrica:
R: Essas descargas elétricas se dão pelo fato de que ambas as esferas estão em potenciais diferentes, e elas nada mais são do que um "salto de elétrons" de uma esfera para a outra, numa tentativa de equilibrar as cargas delas; o corpo "neutro" ou menos carregado é induzido por aquele que possui mais elétrons livres (está mais carregado), eletrizando-o pelo processo de indução, havendo então a descarga. No momento da mesma, o ar deixa de ser um isolante e passa a ser um condutor, pois tem sua rigidez dielétrica quebrada, sendo o meio material onde a descarga se propaga.
13) Como denominamos o ruído e o clarão de cor azulada que surgem durante a descarga quando o fenômeno ocorre na natureza?
R: Quando a descarga ocorre devido à eletricidade estática em nuvens, o canal ionizado é muito maior e a energia liberada é muitas ordens de grandeza maior do que a energia liberada em um pequeno gerador de van der Graaff. A expansão brusca do canal ionizado é então uma verdadeira explosão, gerando uma onda sonora de grande intensidade, o trovão.
14) Como denominamos o maior valor que o campo elétrico E pode assumir sobre um material isolante, sem que este material conduza a eletricidade?
R: Utilizando a fórmula: E= KQ/r², onde:
 K= constante eletrostática
 Q= valor da carga
 R= raio
Considerações Finais/Conclusão:
O gerador de Van Der Graaf é um excelente modelo para a exemplificação de passagem de corrente entre dois corpos, sendo um incrível experimento do ponto de vista visual.
Graças a ele, não possuímos apenas um melhor entendimento sobre cargas e corrente elétrica, mas um entendimento mais profundo a cerca de fenômenos da natureza como as tempestades e os trovões.
Materiais Bibliográficos Referenciais:
Aulas Fisica Teórica III – EAD – Estácio de Sá
Site Só Física < http://www.sofisica.com.br/ >
Site Wikipédia < http://pt.wikipedia.org/ >
Site Feira de Ciências < www.feiradeciencias.com.br/ >
Site Infoescola < http://www.infoescola.com/ >
Site Corrente elétrica < http://corrente-eletrica.info/ >
Site Mundo Educação < http://www.mundoeducacao.com/ >