relatorio_ Eletrizado_Outro

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Área de Inovação e Tecnologia – Experimentação 
 
 
Física III – Laboratório I 
 
Andressa Casiraghi mat: 0236673 
Estéfani Machado mat: 0236518 
Juarez da Silva mat: 0212216 
Natan Sanatiel mat: 0225989 
 
 
Igor Penso 
 
5 de dezembro de 2017 
 
 
1. Objetivo 
 – Realizar o experimento de eletrização a fim de compreender os processos de eletrização 
 – Verificar se um corpo está ou não eletrizado 
 – Analisar o funcionamento do gerador de Van de Graaf e entender na prática o que é um 
campo elétrico através de um processo de eletrização. 
 
2. Introdução Teórica 
 
2.1. Histórico 
 
 O desenvolvimento das leis do eletromagnetismo e a sua unificação foi um dos grandes 
êxitos da física do século XIX. A sua utilização tem conduzido a uma grande gama de 
equipamentos úteis, como os motores elétricos, rádios e televisores, radares, fornos de 
microondas e telefones celulares. O desenvolvimento da teoria eletromagnética continuou no 
século XX com três progressos muito importantes. Em 1905, Albert Einstein mostrou que, para um 
observador em movimento, efeitos elétricos poderiam dar a impressão de efeitos magnéticos e, 
deste modo, observadores em movimento relativo poderiam discordar em designar suas medidas 
a causas elétricas ou magnéticas. Essa conclusão moldou a base para a teoria especial da 
relatividade, que enfim revolucionou os conceitos de espaço e tempo. O segundo 
desenvolvimento foi a introdução da teoria quântica do eletromagnetismo, chamada de 
eletrodinâmica quântica, que alcançou seus objetivos em torno de 1949 e permitiu que as 
propriedades do átomo fossem calculadas com inacreditável precisão, de 11 algarismos 
significativos. O terceiro desenvolvimento do século XX foi a unificação do eletromagnetismo com 
uma outra força, chamada de força “fraca”, que é responsável por um número de processos de 
decaimento radioativo e outras interações entre partículas. [1] 
 
2.1. Carga elétrica 
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De acordo com Freitas et. al [2] existem dois tipos de cargas elétricas na natureza, 
convencionalmente chamadas de cargas positivas e de cargas negativas. Os portadores de 
cargas elétricas são partículas elementares, em particular, aquelas que constituem os átomos: 
elétrons e prótons. 
Os átomos possuem um núcleo e uma eletrosfera, conforme mostra a Figura 1. O núcleo contém 
os prótons e os nêutrons, enquanto a eletrosfera contém os elétrons. Os prótons têm carga 
positiva, os elétrons têm carga negativa e os nêutrons não tem carga, ou seja, são neutros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Através dos conceitos de carga, chega-se então a lei da eletrização também conhecida 
como Lei de Dufay onde dita: “Corpos eletrizados com cargas de mesmo sinal repelem-se. Corpos 
eletrizados com cargas de sinais contrários atraem-se”. 
 
2.3. Eletrização 
 
2.3.1. Por Atrito 
 
 Segundo Melo [3] pode-se entender porque um corpo se eletriza por atrito, da seguinte 
maneira: 
 * Em um corpo neutro (não eletrizado), o número de prótons é igual ao número de elétrons, 
de modo que a carga elétrica (carga líquida) no corpo é nula; 
 * Ao atritarmos dois corpos, há transferência de elétrons de um corpo para o outro (os 
prótons e nêutrons não se deslocam nesse processo, pois estão firmemente presos ao núcleo do 
átomo); 
 * O corpo que perde elétrons apresenta excesso de prótons e, portanto, fica eletrizado 
positivamente; 
 * O corpo que recebe elétrons apresenta excesso dessas partículas e, assim, fica 
eletrizado negativamente. 
 
 
Figura 1: Átomo. Fonte Fretitas et. al [2] 
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2.3.2. Por contato 
 
 O processo de eletrização por contato é bem mais simples: criando o contato entre dois 
condutores em um sistema isolado suas cargas são somadas e distribuídas igualmente entre os 
ambos. 
 A eficiência nessa forma de eletrização vai depender de os corpos serem condutores ou 
isolantes. Se um deles for isolante, a eletrização será local, isto é, vai restringir-se ao ponto de 
contato. Se os dois corpos forem condutores, durante o contato, que pode durar uma fração de 
segundo, o excesso ou a falta de elétrons distribuir-se-á pelos dois corpos, de acordo com a 
capacidade que cada um tem de armazenar cargas elétricas. [4] 
 
2.4. Campo elétrico 
 O campo elétrico é um campo vetorial, constituído por uma distribuição de vetores, um 
para cada ponto de uma região em torno do objeto eletricamente carregado, como por exemplo, 
um bastão de vidro. Desempenha papel de transmissor de interações entre as cargas elétricas. 
 As linhas de campo elétrico se afastam das cargas positivas (onde começam) e se 
aproximam das cargas negativas (onde terminam). Em qualquer ponto do espaço, a orientação 
das linhas de campo elétrico são tangentes a força elétrica sobre a carga de prova positiva (Figura 
2). O módulo do campo elétrico é diretamente proporcional a densidade de linhas de campo por 
unidade de área, medida em um plano perpendicular as linhas. Assim o campo elétrico possui 
valores elevados onde as linhas estão próximas e valores pequenos onde as linhas estão 
afastadas. [5] 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2: Linhas de campo. Fonte: BARRETO, Rafael. [5] 
 
 
 
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3. Descrição da Atividade 
 
Procedimento 1 
Materiais: 
• Gerador de Van Graaf (Figura 1). 
Procedimento 1: Distribuição das cargas elétricas nos corpos 
Materiais: 
• Tiras de papel alumínio; 
• Fita adesiva. 
- Descrição do procedimento: 
 Foram cortadas tiras de papel alumínio e fixadas com fita adesiva somente a ponta das 
tiras na superfície externa da esfera. Em seguida, o gerador eletrostático foi ligado e regulado 
para uma velocidade média de rotação do motor. 
 Após o gerador ter sido ligado foram feitas algumas experiências. 
 
Procedimento 2 
 
- Materiais: 
• torniquete. 
Primeiramente, colocou-se o torniquete ligado à esfera do gerador. Em seguida o mesmo foi 
ligado e regulado para a velocidade de rotação média. Por último foram observados os resultados 
que serão descritos na análise de resultados. 
 
 Procedimento 3 
 
 Para a realização do terceiro experimento, utiliza se uma cuba de vidro com uma camada 
de 3 mm de óleo mineral, com o suficiente para cobrir os eletrodos, e espalhado sobre o óleo 
utiliza-se sementes de grama. Liga se o gerador eletrostático regulado para uma velocidade média 
de rotação. Após, realiza-se o experimento utilizando um eletrodo diferente como na figura 3. 
 
 
 
 
 
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Figura 3: Gerador eletroestático. Fonte: Autores. 
 
 Procedimento 4 
 
 Neste procedimento, eletriza-se uma caneta de plástico através do atrito dela com o cabelo 
(limpo e seco). Após, aproxima-se a caneta da bola de isopor no pêndulo (eletroscópio), 
observando o que ocorre com o mesmo, conforme figura 4. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4: Eletrização. Fonte: Autores. 
 
Procedimento 5 
 
 É possível eletrizar a caneta atritando a mesma contra os cabelos (limpos e secos), ou 
contra um tecido ou papel. Para comprovar que a caneta foi eletrizada, a mesma foi aproximada 
de fragmentos de papel. Estes foram atraídospelo campo elétrico gerado pela caneta. Isso ocorre 
porque quando atritada a caneta com seu cabelo, houve uma transferência de elétrons entre os 
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dois corpos, o que deixou a caneta carregada eletricamente. Ao aproximar essa caneta dos 
pedaços de papel, que são neutros, eles serão atraídos. 
 Ao aproximar a caneta eletrizada de um filete fino de água saindo da torneira, a água é 
atraída pela caneta. A água possui moléculas positivas e negativas, como os opostos se atraem, a 
água é atraída pela caneta, devido esta possuir carga positiva que quando aproximados da carga 
negativa da água sofrerão uma força de atração. 
Os fragmentos de papel também podem ser repelidos pela caneta, pois pouco tempo depois a 
caneta volta a seu estado normal que é negativo e com isso se repele violentamente do papel, 
pois cargas iguais se repelem. 
 Ao colocar um canudo junto de uma parede e soltar, ele cairá. Mas ao eletrizar o mesmo, 
atritando-o contra um pedaço de papel, e repetir o processo anterior, o canudo dessa vez ficara 
preso a parede. 
 
Laboratório 2: Corrente induzida por variação de fluxo magnético 
 
Inicialmente, foi conectado o galvanômetro à bobina nos bornes para usar 200 espiras. 
Identificamos o polo (N e S) na extremidade do imã. Movimentamos o imã introduzindo-o no 
interior da bobina e observamos que o galvanômetro varia. Quando o imã atravessa a bobina cria-
se um fluxo magnético que tende ser contrário ao campo magnético do imã. Quando 
estabilizamos o imã no interior da bobina o ponteiro do galvanômetro se estabiliza em zero. 
Quando movimentamos o imã retirando-o de dentro da bobina observamos que o galvanômetro 
mede valores negativos. 
Não há corrente induzida quando imã está em repouso porque não existe variação do 
campo magnético e a corrente só aparece quando existe variação do campo. 
Quando repetimos os procedimentos com as bobinas de 400 e 600 espiras verificamos que o 
ponteiro do galvanômetro se altera porque quanto mais bobinas possuímos maior será a corrente 
induzida. Ou seja, quanto maior for a quantidade de espiras, maior será a corrente. 
 
4. Análise dos Resultados 
4.1. Distribuição das cargas elétricas nos corpos 
 
A partir da observação das fitas de papel alumínio que foram colocadas no gerador, foi 
possível concluir que o campo elétrico criado em torno da esfera tem direção de propagação 
radial. 
O gerador de Van de Graaff funciona através da movimentação de uma correia que é 
eletrizada por atrito na parte inferior do aparelho. Ao atingir a parte superior as cargas elétricas, 
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que surgiram com o processo de eletrização, são transferidas para a superfície interna do metal, 
sendo então distribuídas para toda a superfície da esfera metálica, ficando carregada de cargas 
elétricas. Se durante o funcionamento do gerador aproximarmos o dedo ou um objeto de metal 
perceberemos leves descargas elétricas que ocorrem em razão da diferença de potencial (ddp). A 
figura 5 mostra como o campo elétrico se comporta no interior do Gerador de Van der Graaf. As 
cargas desenvolvidas na correia durante o contato destas com as polias, aderem a ela e são por 
elas transportadas, elas vão se acumulando na esfera até que a rigidez dielétrica do ar seja 
atingida. 
 
Figura 5: Interior do Gerador de Van der Graaf. Fonte: ebah, 2014. [6] 
 
 
A blindagem eletrostática ocorre quando o excesso de cargas em um condutor distribui-se 
uniformemente em sua superfície e o campo elétrico em seu interior fica nulo. Esse experimento 
ficou conhecido como a gaiola de Faraday. Com a gaiola, Faraday conseguiu provar que um corpo 
no interior de um condutor fica isolado e não recebe descargas elétricas em virtude da distribuição 
de cargas na superfície. 
O acendimento da lâmpada fluorescente ocorre pelo fato de o potencial elétrico gerado 
pela esfera carregada ter simetria radial, desta forma decai com o inverso da distância, no caso as 
duas extremidades da lâmpada estavam sujeitas a potenciais diferentes, criando-se então uma 
diferença de potencial e provocando seu acendimento. Este acendimento ocorre por conta de as 
cargas ao passarem por dentro da lâmpada, ionizam o gás lá existente, no caso a composição 
interna da lâmpada era à base de vapor de mercúrio. 
 
4.2. Poder das Pontas 
 
 Ao ligar o gerador de Van de Graaf, o torniquete assumiu o movimento no sentido anti-
horário. Nas proximidades das pontas eletrizadas do torniquete, o ar se ionizou e os íons que 
possuem carga de mesmo sinal que as pontas foram repelidos por elas. Os íons positivos e as 
moléculas de ar neutras que se deslocam, ao se chocarem com as pontas, exercem forças sobre 
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elas. Essas forças colocam o torniquete em movimento de rotação, no sentido contrário ao das 
pontas. 
 
4.3. Linhas de Força em um Campo Elétrico 
 
 As linhas de força são linhas contínuas que unem os pontos aos quais o campo elétrico é 
tangente. Ao ligar o gerador, utilizamos o eletrodo reto, pode-se perceber que as sementes tentem 
a ficar em linha reta, criando um campo elétrico de atração. Da mesma forma aconteceu a utilizar 
um eletrodo circular. As sementes tendiam ficar em linhas, como se formassem filas ao redor do 
eletrodo. As linhas possuem a mesma orientação do vetor do campo elétrico, onde o capo gerado 
era por cargas elétricas negativas, com um sentido de aproximação das sementes. 
 
4.4. Eletroscópio 
 
 No quarto procedimento, ao aproximar a caneta eletrizada por atrito da esfera de isopor, 
notou-se que a esfera é atraída pela caneta. É possível contatar que a esfera não estava 
inicialmente eletrizada e que a caneta quando eletrizada criou uma atração devido a polarização. 
Ao deixar a caneta encostar na bolinha, os dois ficam grudados até que as cargas de ambas se 
estabilizem e se desgrudem. 
 
4.5. Processos de Eletrização 
 
 Ao eletrizar a caneta pelo atrito e aproximá-la aos pedaços de papel picado, percebe-se 
que os papéis são atraídos pela caneta grudando na mesmos, e somente se soltam no momento 
em que as cargas se estabilizam. Pelo fato do papel estar neutro, cria-se a atração entre ambos, 
já que as cargas negativas do papel se aproximam da caneta e as cargas positivas se afastam, 
fenômeno conhecido como polarização (Figura 6). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 6: Eletrização (caneta e fragmentos de papel). Fonte: Autores. 
 
 Ao aproximar a caneta eletrizada de um filete de água, verificou-se que o filete de água 
forma um arco, fenômeno de polarização, onde a caneta eletrizada atrai os polos da molécula da 
água, em função do filete estar neutro. Os fragmentos de papel e o filete de água poderiam ter 
sido repelidos pela aproximação da caneta caso houvesse eletrização entre ambos (Figura 7). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7: Eletrização (caneta e filete de água). Fonte: Autores. 
 
 Na terceira e última etapa, colocou-se o canudo encostado na parede e soltou-se o 
mesmo. Em função de ambos estarem neutros, o canudo caiu no chão. Ao eletrizar o canudo 
através do atrito do mesmo com o papel, houve uma atração entre o canudo e a parede, 
constatando novamente o fenômeno de polarização, onde as cargas positivas da parede viessem 
para a face de contato com o canudoeletrizado negativamente, enquanto as cargas negativas 
foram para a outra face, criando assim a atração que fez com que o canudo não caísse e ficasse 
fixo na parede (Figura 8). 
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Figura 8: Eletrização (canudo e parede). Fonte: Autores. 
 
5. Conclusão 
A aplicação dos procedimentos experimentais pode ser considerada como bem-sucedida, 
validando também os resultados dos experimentos, uma vez que demonstrou coerência em sua 
aplicação, baseada nos resultados idealizados e executados em laboratório. A validação obtida 
dos procedimentos propostos reforça a adequação do referencial teórico utilizado na confecção 
deste relatório, visto que é a base na qual se estruturou o trabalho. 
 
6. Referências Bibliográficas 
[1] HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; KRANE, Kenneth S. Física 3 (5ª Edição). Rio de Janeiro. 
Livros, 2004. Disponível em Acesso em 5 de dezembro de 2017. 
 
[2] FREITAS, José Abílio Lima et. al. Eletricidade. Colégio técnico industrial. UFSM. Santa Maria, 
2011. Disponível em 
Acesso em 5 de dezembro de 2017. 
 
[3] MELLO, Ricardo Sutana. Eletricidade, eletroestática e eletrodinânica. Universidade Federal de 
Juiz de Fora. Juiz de Fora. Disponível em Acesso em 5 de dezembro de 2017. 
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[4] BRITO, André. Eletroestática. IFSul, campus Pelotas Visconde da Graça. Disponível em 
 Acesso em 5 de dezembro de 
2017. 
 
[5] BARRETO, Rafael. Campos elétricos. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Capítulo 
22. Curitiba. Disponível em: Acesso em 5 de dezembro de 2017. 
 
[6] O GERADOR DE VAN DE GRAAFF. Ebah, 2014. Disponível em 
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfSWUAE/gerador-van-graaff Acesso em 8 de dezembro de 
2017. 
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