Relatório 2 Descarga em Gases sob Pressão Atmosférica

Prévia do material em texto

Resumo
Nessa experiência utilizaremos o gerador de Van de Graff e a esfera auxiliar para gerar um campo elétrico através da descarga elétrica em gases sob pressão atmosférica.
Introdução
O Eletroscópio de folhas é um aparelho que se destina a indicar a existência de cargas elétricas, ou seja, identificar se um corpo está eletrizado, os átomos da matéria são formados de uma grande quantidade de partículas, dentre elas as mais conhecidas são os prótons (cargas positivas), o elétrons (cargas negativas), e os nêutrons (cargas nula), quando o número de prótons em um átomo é igual ao número de elétrons este permanece neutro, está condição é chamada de equilíbrio eletrostático. Este equilíbrio poderá ser desfeito através do processo chamado de eletrização, podendo ocorrer de três maneiras: atrito, contato e indução. 
Eletrização por atrito: A eletrização por atrito é dada quando se atrita dois corpos, como por exemplo, o caso realizado nas outras experiências, ou seja, o canudo atritado com o papel higiênico, ambos ficam carregados com a mesma quantidade de cargas, porém de sinais contrários.
Eletrização por contato: Quando dois corpos condutores entram em contato, sendo um neutro e outro carregado, ambos ficam carregados com cargas de mesmo sinal, têm-se um bastão carregado e uma esfera neutra inicialmente, ao tocar-se a esfera com o bastão verifica-se que a esfera adquire a carga de mesmo sinal daquela presente no bastão.
Eletrização por Indução: Este processo de eletrização é totalmente baseado no princípio da atração e repulsão, já que a eletrização ocorre apenas com a aproximação de um corpo eletrizado (indutor) a um corpo neutro (induzido), porém, ambos ficam carregados com a mesma quantidade de cargas, porém de sinais contrários.
Os materiais podem ser classificados também pela sua capacidade de trocar elétrons, ou seja, a quantidade de elétrons livres que podem circular de um corpo para o outro. Os chamados condutores são aqueles materiais onde há uma maior facilidade para que haja a troca de elétrons, como a água de torneira, o corpo humano e os metais. Já o não condutor, ou isolante, são aqueles materiais onde não é possível que haja a troca de elétrons, pois a quantidade de elétrons livres é nula ou quase nula.
 Material Isolante: São materiais que possuem grande dificuldade em ceder ou receber elétrons livres. Tal fato ocorre porque na última camada dos átomos que compõem o material, chamada de camada de valência, os elétrons estão fortemente ligados ao átomo.
 Material Condutor: São os materiais que possuem muita facilidade em ceder e receber elétrons, pois em sua camada de valência os elétrons têm uma fraca ligação com átomo. 
Assim como existe os condutores e isolantes, existe também um meio termo entre eles que são os chamados semicondutores. Esse tipo de material, como o silício (Si) e o germânio (Ge), é muito utilizado na indústria eletrônica.
Na física, lei de Gauss é a lei que estabelece a relação entre o fluxo elétrico que passa através de uma superfície fechada e a quantidade de carga elétrica que existe dentro do volume limitado por essa superfície.
A lei de Gauss é válida para qualquer situação, com campo uniforme, ou não, e para qualquer tipo de superfície fechada, também denominada superfície Gaussiana. Todavia, para ser operacionalmente útil ela deve ser usada apenas em determinadas circunstâncias. Uma circunstância favorável ocorre quando a superfície Gaussiana é tal que o produto escalar entre o campo e o vetor superfície é facilmente obtido
Isso é sempre possível quando a distribuição de cargas apresenta alta simetria. Existem três tipos de simetrias que facilitam o uso da lei de Gauss
Simetria planar;
Simetria cilíndrica ou axial
Simetria esférica
A simetria planar aplica-se no caso de uma distribuição de cargas num plano infinito, ou no caso em que se possa fazer a aproximação de plano infinito. Por exemplo, um plano finito pode ser considerado infinito, se o campo elétrico for calculado num ponto muito próximo do plano. Isto é, se a distância do plano ao ponto for muito menor do que as dimensões do plano.
A simetria cilíndrica, ou axial, aplica-se no caso de uma distribuição linear infinita. Existem dois casos clássicos:
Linha infinita de cargas;
Cargas distribuídas num cilindro infinito.
De modo análogo ao caso anterior, um cilindro finito pode ser considerado infinito em determinadas circunstâncias.
Existem dois casos típicos de simetria esférica:
Carga puntiforme;
Distribuição esférica de cargas.
 A Lei de Coulomb trata da força de interação entre as partículas eletrizadas, as partículas de mesmo sinal se repelem e as de sinais opostos se atraem.
 As cargas elétricas positivas são atraídas pelas cargas elétricas negativas e as cargas com mesmo nome se repelem. A lei de Coulomb diz que a intensidade da força eletrostática entre duas cargas elétricas é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.
 Gerador de Van de Graaff que contem um motor que movimenta uma correia isolante que passa por duas polias, uma delas acionada por um motor elétrico que faz a correia se movimentar. A segunda polia encontra-se dentro da esfera metálica oca. Através de pontas metálicas, a correia recebe carga elétrica de um gerador de alta tensão. A correia eletrizada transporta as cargas até o interior da esfera metálica, onde elas são coletadas por pontas metálicas e conduzidas para a superfície externa da esfera.
 A lei de Gauss e a lei de Coulomb são formas diferentes de abordar o mesmo problema. Portanto, o cálculo do campo elétrico para determinada distribuição de carga fornece o mesmo resultado, quer seja realizado através de uma ou outra lei.
 A Eletrostática é basicamente descrita por dois princípios, da atração e repulsão de cargas conforme seu sinal “sinais iguais se repelem e sinais contrários se atraem” e a conservação de cargas elétricas a qual assegura que em um sistema isolado, a soma de todas as cargas existentes será sempre constante, ou seja, não há perdas.
Campo Elétrico: É o campo estabelecido em todos os pontos do espaço sob a influência de uma carga geradora, de forma que qualquer carga de prova fique sujeita a uma força de interação (atração ou repulsão) exercida pela carga geradora.
Convencionou-se que o campo da carga, também chamada de carga fonte , é de afastamento, e o da carga fonte é de aproximação.
Ânodo: Um ânodo é um elétrodo através do qual a carga elétrica positiva flui para o interior de um dispositivo elétrico polarizado.
Cátodo: Um cátodo é o elétrodo a partir do qual a corrente convencional abandona um aparelho elétrico polarizado.
Dielétrico: Um dielétrico é um isolante elétrico que, sob a atuação de um campo elétrico exterior acima do limite de sua rigidez dielétrica, permite o fluxo da corrente elétrica. Qualquer substância submetida a um campo elétrico muito alto pode se ionizar e tornar-se um condutor.
Normalmente um material dielétrico se torna condutor quando é ultrapassado o seu campo de ruptura. Essa intensidade máxima do campo elétrico se chama rigidez dielétrica. Assim, se aumentamos muito campo elétrico aplicado sobre o dielétrico, o material se converte em um condutor.
Metodologia 
Foi montado neste experimento utilizamos duas esferas metálicas, denominadas de eletrodos uma esfera conectada ao gerador de Van de Graaf e outra em um bastão de madeira.
Resultados
Ao ligarmos o GVG e alternarmos as distâncias entre esfera auxiliar de descarga e a cuba cilíndrica do GVG verificamos a criação do campo elétrico, também observamos a variação da intensidade do campo conforme a distância entre o gerador e o bastão da esfera auxiliar aumentava ou diminuía.
A existência de um campo elétrico foi por nós identificado através de um feixe de raio azul gerado entre as esferas, acompanhado também por um som típico de descarga elétrica.
Conclusão
Das informações do experimento realizado, foi possível observar e analisaro processo de descarga em gases sob pressão atmosférica, conclui-se que em torno da cúpula eletrostática criou-se um campo elétrico e que esse campo elétrico aponta para fora, comportando-se de forma indutora na eletrização ocorrida com a esfera. A rigidez dielétrica do ar que as cercava se quebrou, tornando-o condutor e manifestando visualmente o ocorrido com incidências luminosas e auditivas. Com o conhecimento teórico de Campo Elétrico obtido a princípio, vislumbra-se pelo experimento realizado sua ação prática que condiz com o proposto. 
 
UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
Engenharia
Física Experimental III
Descarga em gases sob pressão atmosférica
Turma: 1306
Professor Luiz Carlos de Lima
Grupo: 
Alexsander Siqueira da Silva – 20140727838-1
Tainah Rocha Santos da Silva – 20140241177-4
André de Freitas Carletti – 20140209282-2