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Relatório 1 Físia III

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
Relatório I : Processos de Eletrização
Data: 21/08/17
Componentes do Grupo:
Angélica Guimarães,
Éverton Celmer,
Gabriel Pereira,
Priscila Bocussi, 
Thainá Bibiano.
Turma: Curso de Engenharia Sanitária e Ambiental 
Santa Maria, RS
Objetivos:
Observar e descrever os procedimentos experimentais e resultados obtidos nos processos de eletrização, linhas de campo elétrico de corpos eletrizados e, as diferentes distribuições de carga.
Referencial teórico:
Figuras em anexo, citadas no decorrer do texto com suas respectivas fontes.
Referências no final do relatório.
Equipamentos utilizados:
o Pêndulo Eletrostático
o Gerador de Van der Graff
o Cabos conectores
o Cuba de óleo
o Farinha de mandioca
o Diversos eletrodos
o Bastão de acrílico
o Pedaços de papel
o Máquina de Whimshurts
Pêndulo Eletrostático
O eletroscópico é um aparelho que se destina a indicar a existência de cargas elétricas, identificar se um corpo está eletrizado. Os eletroscópicos mais comuns são o pêndulo eletrostático e o eletroscópico de folhas.
O pêndulo eletrostático é constituído por uma esfera de material leve de substância não condutora, suspensa por um fio isolante que está preso a um suporte.
Com a esfera do pêndulo inicialmente neutra, ela não se move. Eletrizando a esfera com determinada carga positiva ou negativa e aproximando o corpo que se deseja saber a carga. Se, por exemplo, aproximar o material com carga desconhecida na esfera que foi eletrizada positivamente, se esta esfera atrair o corpo, este estará eletrizado negativamente. Porém se a esfera repelir o corpo, ela estará eletrizada positivamente.
Com este equipamento vários conceitos, como por exemplo, o de eletrização por atrito, eletrização por indução e quando em contato, eletrização por contato, polarização por indução elétrica, influência de um campo e de forças elétricas, entre outros, podem ser abordados.
 Equipamentos e materiais utilizados:
O Pêndulo eletrostático
Figura 1.1a
Fonte: DOS ANJOS, Talita Alves. Eletroscopia. Disponível em: <http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/eletroscopia.htm>.
2. Eletroscópio
 	Para um corpo está eletrizado é preciso que o número de elétrons seja diferente do número de prótons. Se o número de elétrons for maior que o número de prótons, o corpo está eletrizado negativamente. Caso ocorra o contrário, o corpo está eletrizado positivamente, e se o número de elétrons for o mesmo que o número de prótons, dizemos que o corpo está neutro.	Existem três formas de eletrizar um corpo: por atrito, contato e indução. 
Pode-se transferir um grande número de cargas elétrica de um corpo para outro apenas atritando-os. O corpo cujos elétrons estão mais fracamente ligados ao núcleo cederá elétrons ao outro, que por ficar com excesso de elétrons, fica carregado negativamente.Para eletrizar um corpo por contato, basta encostar ele um objeto eletrizado. Parte das cargas do objeto eletrizado passarão para o corpo inicialmente neutro, ficando ambos os objetos com cargas de mesmo sinal. 
Por fim, a eletrização por indução ocorre quando apenas aproximamos um objeto eletrizado de um condutor neutro. As cargas do condutor que tiverem mesmo sinal do indutor ficarão o mais longe serão repelidas deste, e as cargas de sinal contrário serão atraídas pelo indutor. Sendo assim, as cargas no indutor ficarão separadas. Para manter eletrizado o condutor mesmo depois do afastamento do indutor, é necessário ligar o lado do condutor mais distante do indutor à terra.
O eletroscópio é composto de uma redoma transparente, uma agulha articulada em uma haste metálica, que se estende até o topo da redoma, estando presa a esta por um anel de material isolante; este eletroscópio é mais sensível que o Pêndulo Elétrico. Contudo, seu funcionamento é similar: com um bastão eletrizado por atrito, faz-se a transferência de cargas entre o bastão e a haste metálica do eletroscópio, de forma que cargas elétricas sejam transferidas de um corpo para o outro. Assim, a haste do eletroscópio e sua respectiva agulha acabam concentrando cargas do mesmo tipo em toda sua superfície, o que provoca a repulsão entre ambas e, por conseqüência, ocasiona a rotação da agulha em torno de seu eixo central.O eletroscópio é utilizado sempre que deseja-se verificar a presença ou não de cargas elétricas em algum objeto. 
Figura 2.1a
Fonte: https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRS3XsBLCHZN6uaF_qcu1NuOSX8y8wsKzrSBtGY23ZMEPfi6NzuhjqhTmYQ2Q
Equipamentos e materiais utilizados:
Foi usado um bastão de acrílico e um pedaço de papel para eletrizar o bastão 
3. Polarização 
Objetivo:
Observar a indução de carga entre dois objetos distintos, onde pode ocorrer a eletrização por contato e também a repulsão.
Equipamentos e materiais utilizados:
	Bastão de PVC
	Papéis picados em pedaços
	Um pano
Procedimentos experimentais e resultados:
	A polarização ocorre a níveis moleculares, quando é pego o bastão e aplicado fricção entre ele e o pano o bastão fica todo com mesma carga de elétrons, ao aproximar dos papéis alguns grudam no bastão e outros não como mostra a figura 3.1a em anexo. 
 A gordura da mão, a umidade e a forma da aplicação da fricção são fatores que interferem no experimento.
Análise de resultados:
	O fato de alguns papéis grudar e outros não se dá porque os que grudam possuem carga diferente dos elétrons do bastão e os que são repelidos possuem mesma carga dos elétrons presentes no bastão. Os que grudam são os que conseguem quebrar a rigidez de elétrons.
 
 4. Gerador de Van der Graff
Objetivo:
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 das linhas de campo e do campo elétrico produzido pelo acúmulo de cargas em sua superfície oca metálica. 
 Gerador de Van der Graff:
O Gerador de Van der Graaff ou gerador eletrostático de correia (esquematizado na figura 4.1a), é um equipamento que armazena cargas elétricas na sua extremidade superior, pode gerar alta tensão de aproximadamente 200 mil volts. O Gerador foi projetado e construído pelo engenheiro americano, Robert Jemison Van der Graaff (1901 – 1967) que se dedicou ao estudo e a pesquisa de Física Atômica no Instituto Tecnológico de Massachusetts – MIT.
O experimento foi realizado na presença de um desumidificador, o qual retira a umidade do ar para evitar que os elétrons do gerador migrem para a umidade. Como foi observado, o gerador é constituído por um motor que faz com que duas roldanas girem. Escovas contidas nestas roldanas, em atrito com uma correia de material isolante, fazem com que esta fique internamente carregada de cargas positivas enquanto os roletes ficam com cargas negativas. À medida que as correias giram, ocorre o Efeito Corona, no qual íons positivos do ar ficam depositados na correia sendo então transportados pela correia e por fim são recolhidos e acumulados no terminal metálico.
Os processos de eletrização permitem elevar gradualmente o potencial do terminal metálico, que é limitado unicamente pela rigidez dielétrica do ar a sua volta (quanto menor a umidade, maior a rigidez dielétrica). O campo elétrico gerado nesta superfície carregada, faz com que não seja necessário trabalho para que ocorra a tal eletrização visto que o campo é nulo em seu interior.
Ao aproximar um bastão da superfície metálica pode ser percebido a aparecimento de pequenas faíscas entre eles. Este fato caracteriza a transferência visível de elétrons de uma superfície para outra, visto que a superfície metálica do gerador acumulou uma quantidade relativamente grande de carga, a densidade superficial de carga se torna suficientemente alta para que o campo elétrico próximo seja maior que a rigidez dielétrica do ar. Então a superfície metálica do gerador se descarrega no bastão,os elétrons liberados se chocam com os elétrons do ar liberando fótons.
 Potencial elétrico: é a capacidade que um corpo energizado tem de conseguir gerar trabalho, atrair ou repelir outras cargas elétricas. Podendo ser calculado por: 
 
 Campo Elétrico: é o campo de força provocado por cargas elétricas, ou seja, uma distribuição de vetores em torno de um objeto eletricamente carregado, que pode ser calculado da seguinte forma:
Linhas de campo: são a representação convencional para indicar a presença de um campo elétrico. Possuem a mesma direção do vetor campo elétrico, de modo que para campos gerados por cargas positivas as linhas de força são divergentes (sentido de afastamento) e campos gerados por cargas elétricas negativas são representados por linhas de força convergentes (sentido de aproximação).
4.1-Linhas de campo
 Equipamentos e materiais utilizados:
o Gerador de Van der Graff
o Cabos conectores
o Cuba de óleo
o Farinha de mandioca
o Diversos eletrodos
 
Experimento:
Inicialmente, dois eletrodos retos na forma de placas foram conectados aos cabos do gerador, logo após inseridos na cuba de óleo onde a seguir foi acrescentado farinha de mandioca. Ao ligar o gerador pode-se observar que as linhas de campo se formaram entre os eletrodos, em forma de linhas paralelas. (Figura- 4.1b).
Na segunda parte do experimento, foi deixado somente um eletrodo na forma de carga pontual, formando uma nova configuração de linhas de campo elétrico, as linhas saem formando um ângulo de 90°. (Figura – 4.1c)
Na terceira parte do experimento consistiu em deixar dois eletrodos pontuais, nesse sistema ocorre a interação entre as cargas positivas e negativas, resultando em curvas de grande densidade no eletrodo carregado positivamente e baixa densidade no negativo devido à perda de elétrons. (Figura – 4.1d)
Na quarta parte do experimento foram deixados um eletrodo pontual e um eletrodo em forma de placa, as linhas de campo se organizaram saindo 90° do eletrodo pontual realizando uma curva e chegando formando 90° com o eletrodo em forma de placa. (Figura 4.1e)
Na quinta parte do experimento foi montado um eletrodo na forma de um arco metálico, constando assim que as linhas de campo se formaram partindo perpendicularmente à superfície exterior do arco. Não houve configuração de linhas de campo no interior do arco devido ao fato de que em superfícies metálicas o campo elétrico é nulo. (Figura -4.1f)
Na sexta parte do experimento foi utilizado um eletrodo que possui um bico, observado assim que as linhas de campo partiram com grande densidade da ponta, se espalhando levemente no contorno do eletrodo, comprovando, portanto, o poder das pontas. (Figura-4.1g)
 
 
 5. Máquina de Whimshurts
Objetivo: 
Observar os processo da indução e polarização de cargas em condutores da máquina, que separa cargas positivas de negativas acumulandadas nas suas pontas
Equipamentos e materiais utilizados:
	Máquina de Whimshurts
Procedimentos experimentais e resultados:
	As máquinas eletrostáticas de influência geram altas tensões através de influência de campos elétricos, sem o uso de atrito para separar cargas. Em todas elas, em algum momento da operação duas superfícies são aproximadas, estando uma delas carregada eletricamente e a outra aterrada. As cargas em alta tensão assim geradas são coletadas nos
terminais da máquina por escovas, ou mais usualmente pentes metálicos providos de pontas
voltadas para as superfícies carregadas. Assim quando aproximados eles ocorrem as faíscas pela diferença de carga entre os pontos.A eletrização negativa e positiva ocorre por causa das manivelas serem sentido anti horário e horário respectivamente.
 Para o experimento apenas girar as manivelas e observamos as faísca. 
Análise de resultados:
	Após carregar negativamente e positivamente os diferentes terminais, pela manivela, surgiram faíscas entre os terminais. O tamanho das faíscas eram de 1 a 2 cm. Estas ocorrem por causa dos polos serem negativo e positivo, e para neutralizar se descarregam em forma de faíscas. 
Referenciais :
OLIVEIRA, Bruna Monique Gomes de ; JUNIOR, Anolí Barbosa Martins ; PEUKERT, Alexandra; RISSI, Antônio Teixeira; DIETER, Edmilson; VEIGA, Fabiane Paschoal da FIGUEIRÓ, Michele Ferraz. EXPERIMENTO DE ELETRIZAÇÃO ATRAVÉS DE UM PÊNDULO ELETROSTÁTICO. Disponível em: https://www.unicruz.edu.br/seminario/anais/XXI2016/Gradua%E7%E3o%20-%20RESUMO%20-%20Exatas,%20Agrarias%20e%20Engenharias/EXPERIMENTO%20DE%20ELETRIZA%C7%C3O%20ATRAVES%20DE%20UM%20P%CANDULO%20ELETROST%C1TICO>. Acesso em 03 setembro.2017. 
DOS ANJOS, Talita Alves. Eletroscopia. Disponível em: <http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/eletroscopia.htm>. Acesso 03 setembro.2017.
Eletromagnetismo; Demonstrações Explorando fenômenos de eletrização, MÁQUiNA DE VAN DER GRAAFF. Disponível em :
<http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/Van%20de%20Graaff.htm>. Acesso em 02 de setembro. 2017.
FERRAZ NETTO, Luis, O IMPERDÍVEL MUNDO DA FÍSICA. GERADOR ELETROSTÁTICO DE VAN DE GRAAFF. Disponível em : 
<Nettohttp://www.ifsc.usp.br/~strontium/Teaching/Material2010-2%20FFI0106%20LabFisicaIII/App01b%20Eletrostatica.pdf> Acesso em 02 de setembro. 2017
Laboratório de Eletrônica de Potência - UFRJ. A Máquina de Wimshurst. Disponível em: <http://www.coe.ufrj.br/~acmq/wimport.html> acesso em 06 de setembro 2017

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