Prática II e III Gerador de Van de Graaff e Campo Eletrico 2ºano

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UNINGÁ – Faculdade Ingá
Engenharia Mecatrônica
Prática II - III: Distribuição de Cargas; Campo Elétrico I – Cargas Pontuais
Fabricio Galvão Ladeira R.A: 12776.15
Lorrandres Galvão Moreno R.A: 12943.15
Turma: 01 – Eng. Mecatrônica
Professor: Fernando José Gaiotto
25/04/2016
I – Introdução e Objetivos
 Distribuição de Cargas
 Os átomos de uma matéria são composto por grandes quantidades de partículas, conhecidas como próton, elétron e o neutrôn. Quando o número de prótons for igual ao número de elétrons, este corpo permanece neutro. Esta condição é chamada de Equilíbrio Eletrostático.
 Porém, este equilíbrio pode ser desfeito, a partir de um processo chamado de Eletrização, que ocorre de três maneiras diferentes: eletrização por atrito, contato e indução. Para reproduzir estes processos é utilizado um equipamento chamado Gerador de Van de Graaff, criado pelo engenheiro americano Robert J. Van de Graaff. Uma máquina que utiliza uma correia móvel para acumular cargas elétricas em uma esfera oca de metal, às quais se espalham para mais longe possível umas das outras e passam a ocupar a superfície externa da casca esférica. Essa distribuição de cargas gera um campo elétrico.
 Campo Elétrico I – Cargas Pontuais
 O campo elétrico é uma propriedade física estabelecida em todos os pontos do espaço que estão sob a influência de uma carga. As características do campo elétrico são determinadas pela distribuição de energias ao longo de todo o espaço afetado. Se a carga de origem do campo for positiva,e se for introduzida nele uma carga negativa o mesmo se moverá, espontaneamente, por meio da atração eletrostática. A diferença de potenciais elétricos entre pontos situados a diferentes distâncias da fonte do campo origina forças de atração ou repulsão orientadas em direções radiais dessa mesma fonte.
 Objetivo desta pratica foi a demonstração visual da existência das linhas de força através do campo elétrico gerado pela produção de uma tensão com um gerador de Van de Graaff, interpretando os efeitos do campo elétrico produzido pelo acúmulo de cargas em uma esfera oca metálica.
II - Matérias Utilizados
Gerador de Van de Graaff;
Eletrodo com ponta;
Torniquete elétrico;
Vela;
Fita adesiva;
Papel alumínio;
Duas conexões de fios com pino banana ou garras boca de jacarés;
Cuba acrílica transparente
Óleo de rícino;
Sementes de grama ou cerdas de pincel picadas (1 mm);
III - Procedimento Experimental
 Distribuição das cargas elétricas
 Cortou-se tiras de papel alumínio e fixaram-se as pontas das tiras na esfera, com fita adesiva. Ligou-se o gerador de Van de Graaff em alta rotação e pode ser observado as tiras de papel alumínio. Logo depois conectou-se o eletroscópio de folha ao topo da esfera metálica e observou-se a reação das fitas. Aproximou-se o dedo das folhas e observou-se o que aconteceu. Novamente ligou-se o gerador em velocidade alta e verificou-se se havia acúmulo de cargas.Então o gerador foi desligado e descarregado. Retirou-se a tachinha e conectou-se o torniquete no topo da esfera metálica. Ligou-se o gerador em alta velocidade e observou-se o que aconteceu.
 Campo Elétrico I 
 Conectou-se os cabos à esfera metálica e os terminais dos cabos à placa de acrílico. Colocou-se o óleo de rícino, dentro da cuba de vidro que foi posta sobre a placa de acrílico. As sementes de grama foram colocadas dentro da cuba de vidro e conectados os fios metálicos à placa de acrílico. O gerador foi ligado e observou-se os padrões formados pelas sementes de grama. Os fios metálicos foram trocados e observou-se diferentes formas assumidas pelo campo elétrico.
IV - Resultados e Discussões
Distribuição das cargas elétricas e Campo Elétrico I
 Ao colocar uma tira de alumínio podemos ver que tenderam a movimentar-se na direção radial da esfera no sentido de afastamento. Esse processo é conhecido como eletrização por contato, ocorrendo assim uma transferência parcial da carga elétrica devido à diferença de potencial elétrico existente entre os pólos. O funcionamento do gerador gera um campo elétrico, e este através de condução irá carregar eletricamente as fitas de alumínio que estão fixadas nele. Devido ao fato das tiras ficarem carregadas com a mesma polaridade do globo, elas se afastam da superfície da esfera. Como a distribuição de cargas tem simetria esférica, a direção do campo elétrico é radial, ou seja, perpendicular à superfície da esfera. Não é possível saber, entretanto, a polaridade do campo elétrico, uma vez que, sendo ele positivo ou negativo, as tiras irão se repelir de qualquer maneira.
 Com o eletroscópio de folha no topo da esfera, as cargas se concentraram neste, transferindo elétrons para o papel alumínio causando repulsão entre as tiras. O movimento de repulsão das tiras se deu porque nelas foram aplicadas cargas de mesmo sinal, pela forma de eletrização por contato.
 Devido ao fenômeno conhecido como poder das pontas verificamos que não houve acúmulo de cargas na superfície da esfera oca na presença de tachinha, então ocorre uma grande concentração de cargas elétricas em regiões pontiagudas, que fazem com que o campo elétrico nas vizinhanças dessas pontas atinja determinado valor, ionizando o ar em sua volta, tornando-o condutor. O princípio de funcionamento dos pára-raios se baseia nesse fato.
 Já no procedimento do torniquete, observou-se que ele começou a girar. Isto pode ser explicado da seguinte maneira: nas pontas eletrizadas do torniquete o ar se ioniza, ocorrendo repulsão entre os íons e as pontas de carga de mesmo sinal, determinando a rotação do torniquete em sentido contrário aos das pontas e com velocidade elevada.
 Sob a influência do campo elétrico gerado em cada caso, as sementes de grama foram se orientado de acordo com as linhas de forças.
 
V - Conclusão
 O objetivo da experiência proposta pode ser concluído, de forma que através de uma configuração simples conseguiu-se visualizar a formação dos campos elétricos pelas linhas equipotenciais formadas pelo campo elétrico gerado. Pôde-se notar o seu comportamento diante de cada mudança estabelecida através da troca de configuração e disposição dos materiais usados nos experimentos. O experimento foi satisfatório e empolgante, mostrando o funcionamento de um Gerador de Van de Graaff e colocando em prática a teoria.
V– Referências Bibliográficas
GAIOTTO, F; ALVES, M. Introdução ao Laboratório de Física Volume I. Maringá, 2015.
HALLIDAY, D. RESNICK, R. WALKER, J. Fundamentos de Física. Rio de Janeiro: Livros técnicos e Científicos Editora, 7 Edição, 2007.
BREVE, F. Eletricidade e Magnetismo – Gerador de Van de Graff. Disponível em: <http://www.fabriciobreve.com/trabalhos/gerador_van_de_graaf.php#.Vx0CpzArKUk>. Acesso em 21/04/2016