relatório lab. eletric 1 Eletrostática

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI ÁRIDO
GILENO EVARISTO DE SOUZA
HEITOR LUIZ SOUSA DOS SANTOS
MAXWELL DA SILVA
RENNAN ALVES MONTEIRO
PRÁTICA 1 
EXPERIMENTOS DE ELETROSTÁTICA
ANGICOS RN
2017
GILENO EVARISTO DE SOUZA
HEITOR LUIZ SOUSA DOS SANTOS
MAXWELL DA SILVA
RENNAN ALVES MONTEIRO
Relatório técnico, apresentado como requisito parcial para obtenção da nota da unidade I na disciplina LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE E MAGNETISMO, no Curso de B.C.T (Bacharelado em Ciência e Tecnologia), na Universidade Federal Rural do Semiárido.
Prof.: Marcelo Nobre dos Santos Beserra
 
ANGICOS RN
2017
INTRODUÇÃO
Em 1929, o físico americano Robert Jemison Van de Graaff construiu o primeiro modelo de gerador, que acabou por receber o nome de Gerador de Van de Graaff em sua homenagem. Esse aparelho teve, e ainda tem, larga aplicação na física atômica como também na medicina e na indústria. O gerador de Van de Graaff funciona através do movimento de uma correia que é eletrizada por atrito na parte inferior do aparelho. Ao atingir a parte superior as cargas elétricas, 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). Este fenômeno, que faz parte do estudo da Eletrostática, será visto na prática e discorrido nas próximas páginas desse trabalho.
 
OBJETIVOS
Descrever a produção de cargas elétricas e identificar os eletrodos ânodo e cátodo de um gerador de Van der Graff;
Descrever o funcionamento do eletroscópio de folhas;
Descrever o funcionamento do torniquete elétrico;
Descrever o funcionamento de uma para raio.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Eletrização
A eletrostática envolve cargas elétricas, as forças que existem entre elas, a “aura”
que as rodeia (campo elétrico) e seus comportamentos nos materiais. Podemos eletrizar objetos transferindo elétrons de um lugar para outro. Podemos fazer isso por contato físico, como ocorre quando as substâncias são friccionadas uma na outra, ou simplesmente se tocam; Ou podemos redistribuir a carga de um objeto simplesmente colocando um objeto eletricamente carregado próximo a ele – isso é chamado de indução.
Eletrização por Atrito:
Este processo foi o primeiro de que se tem conhecimento. Foi descoberto por volta do século VI a.C. pelo matemático grego Tales de Mileto, que concluiu que o atrito entre certos materiais era capaz de atrair pequenos pedaços de palha e penas.
Posteriormente o estudo de Tales foi expandido, sendo possível comprovar que dois corpos neutros feitos de materiais distintos, quando são atritados entre si, um deles fica eletrizado negativamente (ganha elétrons) e outro positivamente (perde elétrons).
Eletrização por contato:
Outro processo capaz de eletrizar um corpo é feito pelo contato entre eles. Se dois corpos condutores, sendo pelo menos um deles eletrizado, são postos em contato, a carga elétrica tende a se estabilizar, sendo redistribuída entre os dois, fazendo com que ambos tenham a mesma carga, inclusive com mesmo sinal.
Eletrização por indução 
Na eletrização por atrito e por contato, há obrigatoriamente a necessidade do contato físico entre os corpos. Na eletrização por indução isso já não é necessário e é por isso que esse processo recebe esse nome
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
Material utilizado
01 Gerador de Van Der Graff;
01 torniquete elétrico com pivô;
01 esfera auxiliar de descarga;
01 eletrodo gancho para o eletroscópio;
01 lâmina de alumínio;
01 prego para papéis.
Procedimentos
O gerador de Van Der Graaff foi ligado à rede elétrica; um componente da equipe que executava o experimento, aproximou o braço e a cabeça, da cúpula metálica do gerador (esfera oca), isso fez com que os cabelos do indivíduo fossem atraídos pela cúpula metálica. 
Com o gerador de Van Der Graaff ligado à rede elétrica, foi aproximada da cúpula do gerador, a esfera auxiliar de descarga, sem tocar na cúpula, de modo que, entre o gerador e a esfera auxiliar de descarga surgiu uma centelha (descarga elétrica luminosa).
Instalou-se o eletroscópio de alumínio sobre o gerador, e ao liga-lo à rede elétrica as duas lâminas do alumínio se afastaram, pois estavam com o mesmo tipo de carga. Esse fenômeno é a comprovação da lei da eletrostática que diz: cargas elétricas de mesmo sinal se repelem. 
Instalou-se o torniquete elétrico no pivô (haste de sustentação) e sobre a cúpula do gerador. Ao ligar o gerador à rede elétrica, o torniquete, quando girado pela mão no sentido oposto ao de suas pontas, mantem o movimento devido ao fenômeno denominado sopro elétrico. Esse fenômeno consiste no fato de as pontas do torniquete, carregadas negativamente, repelir os elétrons das moléculas do ar, e ao mesmo tempo atraí-las, devido a mesma se tornar positiva por ter perdido elétrons. Ao mesmo tempo que a molécula é atraída pela ponta do torniquete, ela atrai outras moléculas próximas a ela, criando o sopro elétrico e fazendo com torniquete se mantenha em movimento, no plano horizontal. Esse fenômeno é a comprovação da lei da eletrostática que diz: cargas elétricas de sinais diferentes se atraem.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O experimento produziu vários fenômenos: da interação do Gerador de Van Der Graff com a esfera auxiliar de descarga, sem haver contato direto, porém uma aproximação, foi produzida uma centelha (descarga elétrica luminosa) entre ambos; da interação do gerador de Van Der Graff com o eletroscópio de alumínio, neste caso, havendo contado direto entre eles, foi observado um afastamento entre as lâminas de alumínio presentes no eletroscópio, devido estarem com cargas de mesmo sinal; da interação do gerador de Van Der Graff com o torniquete elétrico, também havendo contato direto entre os dois, foi observado um fenômeno denominado sopro elétrico. Isso ocorre devido as cargas elétricas negativas estarem concentradas nas pontas do torniquete elétrico, e interagirem com as moléculas do ar, próximas das pontas, expulsando seus elétrons livres e atraindo as moléculas, íons, agora, por estarem positivas. 
Todas essas observações, corroboram as literaturas que tratam do estudo da eletrostática. Por se tratar de observações do comportamento das cargas elétricas, e não de sua quantificação, estes resultados são de caráter qualitativo, e não necessitam de cálculos para expressá-los.
QUESTIONÁRIO COM PERGUNTAS E RESPOSTAS
1. Ligue o gerador de Van Der Graaff e aproxime seus cabelos da cabeça esférica do gerador (sem entrar em contato). Comente o observado.
R: A eletrização da pessoa por contato faz com que por indução, se acumulem nos cabelos cargas de mesmo sinal que o da esfera. Como as cargas presentes em cada fio de cabelo que fica eletrizado com cargas da mesma polaridade, que consequentemente se repelem, o que provoca o eriçamento do cabelo.
2. Ligue o gerador de Van Der Graaff e aproxime a esfera auxiliar do gerador (sem entrar em contato). Comente e explicar observado.
R: No momento em que aproximamos o bastão de teste ao Gerador ocorreu uma transferência visível de elétrons de um corpo para o outro. Essa transferência é denominada descarga elétrica, que é o rompimento de elétrons no ar. A transferência é parecida com o fenômeno natural, os raios, possuindo até mesmo uma cor parecida, sendo esbranquiçado e com o espectro combinado do oxigênio e do nitrogênio. O raio algumas vezes parece possuir outras cores, quando ocorre em ambientes e meios diferentes.Em contraste com o amarelo das luzes artificiais, o raio pode parecer azulado e vice-versa.
3. Um para-raios atrai os raios? Justifique.
R: O equipamento funciona de acordo com um princípio físico conhecido como “ob)”, segundo o qual as pontas metálicas finas do para-raios atraem os raios para si, já que nelas se concentram mais cargas elétricas. A descarga elétrica é então conduzida pelo cabo de ligação até o solo, onde um cabo aterrado dissipa a energia capturada.
Dizer que o para-raios atrai o raio é apenas um mito. Na realidade, ele oferece ao raio um caminho para chegar à terra com pouca resistividade, protegendo as pessoas e o meio no qual elas estão inseridas.
4. Instale o eletroscópio de alumínio sobre o gerador. Comentar e explicar o observado. Justifique sua resposta em função da (s) lei(s) da eletrostática, enuncie essa lei.
R: 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. Ao aproximarmos os dedos das tiras, percebemos uma atração destas. Isso acontece devido ao fato de que nossos dedos estão neutros (sem presença de carga). Ao aproximá-los das fitas, há indução de cargas elétricas na superfície dos dedos. Essa carga tema mesma magnitude, porém, sinal oposto à carga das tiras.
5. Instale o torniquete elétrico com pivô sobre o gerador.
 
a) ligar o gerador. Comente e explique o observado, justifique sua resposta utilizando leis e princípios físicos.
R: O torniquete começou a girar. Isto ocorre porque nas pontas eletrizadas do torniquete o ar se ioniza e os íons que possuem carga de mesmo sinal que as pontas são repelidas. Esses por sua vez repelem as pontas (forças de reação) determinando a rotação do torniquete em sentido anti-horário e com velocidade elevada.
b) Como o poder das pontas foi utilizado nesse experimento?
R: O excesso de carga elétrica em um corpo condutor é distribuído por sua superfície externa e se concentra nas regiões pontiagudas ou de menor raio. É nas pontas que a energia é descarregada. Isso ocorre porque as extremidades são regiões muito curvas e, como a eletricidade se acumula mais nessas áreas, um corpo eletrizado dotado de pontas acumula nelas sua energia. A densidade elétrica de um corpo será sempre maior nas regiões pontudas em comparação com as planas.
CONCLUSÃO
Conclui-se que o experimento atingiu os objetivos propostos para o aprendizado, de forma que através de uma configuração simples conseguiu-se visualizar com clareza o comportamento das cargas elétricas, devido a formação dos campos elétricos pelas linhas equipotenciais do referido campo. Pôde-se notar o seu comportamento diante de cada mudança estabelecida através da troca de configuração e disposição dos materiais usados nos experimentos.
Com o conhecimento teórico de Campo Elétrico obtido a princípio, vislumbra-se pelos experimentos realizados, que sua ação prática condiz com a ação teórica. O experimento foi muito satisfatório como aprendizado, demonstrando o funcionamento do Gerador de Van de Graaff e colocando em prática a teoria para se entender melhor os fenômenos físicos.
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
<http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/o-gerador-van-graaff.htm> acessado em 11.07.2017.
<http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/carga/poder_pontas/> acessado em 11.07.2017.
HEWITT, Paul G. Física conceitual. 12. ed. Porto Alegre: Bookman, 2015.
<http://www.sofisica.com.br> acessado em 14.07.2017