Relatório Eletroscopio de folhas

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1. OBJETIVO: 
 Descrever o funcionamento do eletroscópio de folhas; 
 Reconhecer que as cargas elétricas (estáticas) se distribuem na superfície 
externa do condutor; 
 Descrever o motivo desta distribuição de cargas. 
 
 
2. INTRODUÇÃO TEÓRICA: 
Os átomos da matéria são formados de uma grande quantidade de partículas. 
Dentre elas as mais conhecidas são o próton (carga positiva), o elétron (carga negativa) 
e o nêutron (carga nula), conforme ilustra a Figura 1. Quando o número de prótons em 
um átomo é igual ao número de elétrons, este permanece neutro. Esta condição é 
chamada de Equilíbrio Eletrostático. 
 
 
Figura 1 – Representação de uma partícula atômica. 
 
No entanto, o equilíbrio mostrado na figura 1 pode ser desfeito. Isto é possível 
a partir de um processo chamado de Eletrização, que pode ocorrer de três maneiras: 
atrito, contato e indução. Podemos definir corpos eletrizados positivamente e 
negativamente. 
Carga elétrica é uma propriedade física fundamental que determina as 
interações eletromagnéticas. 
Um corpo eletrizado negativamente tem maior número de elétrons do que de 
prótons, fazendo com que a carga elétrica sobre o corpo seja negativa. 
Um corpo eletrizado positivamente tem maior número de prótons do que de 
elétrons, fazendo com que a carga elétrica sobre o corpo seja positiva. 
Eletrizar um corpo significa basicamente tornar diferente o número de prótons 
e de elétrons (adicionando ou reduzindo o número de elétrons). 
Podemos definir a carga elétrica de um corpo (Q) pela relação: 
 
 
 
 
Q= Carga elétrica, medida em Coulomb no SI; 
n= quantidade de cargas elementares, que é uma grandeza adimensional e têm 
sempre valor inteiro (n=1, 2, 3, 4 ...); 
e= carga elétrica elementar (e=1,6x10e^-19) 
 
A eletrostática é basicamente descrita por dois princípios, o 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. 
A lei de Gauss é a lei que estabelece a relação entre o fluxo de campo 
elétrico que passa através de uma superfície fechada com a carga elétrica que existe 
dentro do volume limitado por esta superfície. 
A lei de Coulomb refere-se às forças de interação (atração e repulsão) entre 
duas cargas elétricas puntiformes, ou seja, com dimensão e massa desprezíveis. 
Lembrando que, pelo princípio de atração e repulsão, cargas com sinais opostos são 
atraídas e com sinais iguais são repelidas, mas estas forças de interação têm 
intensidade igual, independente do sentido para onde o vetor que as descreve aponta. 
O que a Lei de Coulomb enuncia é que a intensidade da força elétrica de 
interação entre cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos módulos 
de cada carga e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. Ou 
seja: 
 
 
 
Onde a equação pode ser expressa por uma igualdade se considerarmos 
uma constante k, que depende do meio onde as cargas são encontradas. O valor mais 
usual de k é considerado quando esta interação acontece no vácuo, e seu valor é igual 
a: 
 
 
 
Então podemos escrever a equação da lei de Coulomb como: 
 
 
Para se determinar se estas forças são de atração ou de repulsão utiliza -se o 
produto de suas cargas, ou seja: 
 
 
Processos de Eletrização: Existem três tipos de eletrização de corpos: por 
contato; por indução; por atrito. 
Eletrização por contato: Quando dois corpos condutores entram em contato, 
sendo um neutro e outro carregado, ambos ficam carregados com cargas de mesmo 
sinal. 
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. 
Eletrização por Atrito: A eletrização por atrito é dada quando atrita-se dois 
corpos. Quando dois corpos neutros feitos de materiais distintos, são atritados entre si, 
um deles fica eletrizado negativamente (ganha elétrons) e outro positivamente (perde 
elétrons). Quando há eletrização por atrito, os dois corpos ficam com cargas de módulo 
igual, porém com sinais opostos. 
Para reproduzir o processo de eletrização por atrito vamos utilizar um 
equipamento chamado Gerador de Van de Graaff. 
Alguns conceitos se fazem importantes para esta introdução e também para 
se entender a experiência que será relatada abaixo: 
A movimentação dos elétrons na eletrosfera do átomo de cada material define 
se o material vai ser um condutor ou um isolante. Quanto maior a distância do núcleo, 
menor é a força exercida sobre o elétron. 
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. 
Os materiais que compõem o gerador eletrostático do experimento são: 
 Haste acrílica: mau condutor 
 Roletes: mau condutor 
 Plaquetas: bom condutor 
 Esfera: bom condutor 
Robert Van der Graaff (1901-1967) foi um físico americano que criou um 
gerador, que leva o seu nome, em 1931. O propósito desse gerador era de produzir 
uma diferença de potencial muito alta para acelerar partículas carregadas que se 
chocavam contra blocos fixos. Os resultados das colisões informam as 
características dos núcleos do material que constitui o bloco. 
O gerador de Van der Graaff é um gerador de corrente constante, enquanto 
que a bateria é um gerador de voltagem constante, o que varia é a intensidade 
dependendo de quais aparelhos que são conectados. Este gerador é uma máquina 
que utiliza uma correia móvel para acumular tensão eletrostática muito alta na 
cavidade de uma esfera de metal. 
O campo de força provocado por cargas elétricas ou por um sistema de 
cargas que estão sujeitas a uma força elétrica. Através de curvas imaginárias, 
conhecidas comumente pelo nome de linhas de campo elétrico, visualiza-se a 
direção da força gerada pelo campo carregado. 
A intensidade do campo elétrico se define como a força que esse campo 
exerce sobre uma carga contida nele. Dessa forma, se a carga de origem for 
positiva, as linhas de força vão repelir a carga de prova, e ocorrerá o contrário se a 
carga de origem for negativa. 
Saem de cargas positivas e chegam nas cargas negativas, duas linhas de 
força nunca se cruzam e a intensidade do campo elétrico é proporcional a 
concentração das linhas de força. 
 
 
3. MATERIAIS UTILIZADOS: 
 01 gerador eletrostático; 
 01 eletrodo com gancho e lâmina de alumínio 10 mm x 180 mm (dobrada ao 
meio); 
 01 esfera auxiliar; 
 01 cuba cilíndrica; 
 01 conexão elétrica preta com pinos de pressão; 
 01 conexão elétrica vermelha com pinos de pressão; 
 01 lâmina de alumínio (usadas para embalagem de alimentos) 10 mm x 50 
mm; 
 01 fita adesiva. 
 
4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS: 
 
Primeiramente foi montado o gerador eletrostático. Foi colado um pedaço de 
papel alumínio internamente na esfera e outro pedaço na parte externa. Logo após, 
foi ajustado as lâminas de alumínio para ter contato com a correia e poder eletrizar a 
esfera metálica. 
Instaladoo bastão de testes no corpo do gerador. 
Removida a esfera do gerador e colocada sobre a cuba cilíndrica. 
No segundo experimento, ligou-se o gerador eletrostático e observou a 
reação do gerador ao aproximar uma esfera metálica auxiliar ligada a um bastão de 
testes. 
 
 
5. RESULTADOS: 
 
Ao ligar o aparelho, o pedaço de papel de alumínio de fora do capacete se 
repele, já internamente o campo elétrico é neutro, não ocorrendo nada com o papel. 
Aproximando o bastão de testes a esfera verifica-se pequenos raios 
(indução). Já quando o bastão é encostado na esfera é descarregada e o papel no 
seu interior volta a posição normal. 
Quando a esfera metálica é colocada sobre a cuba, ela é carregada 
negativamente no seu externo, e como o papel alumínio é neutro a esfera acaba 
passando elétrons e se repelindo já em seu interno o campo elétrico é neutro não 
acontecendo nada com o papel. 
No segundo experimento ao aproximar a esfera da cúpula do gerador notou-
se um ruído e uma faísca azul se apresentou entre as duas. Ao ligarmos o gerador 
e alternarmos as distâncias entre a esfera auxiliar de descarga e a cuba cilíndrica, 
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. 
 
6. DISCUSSÃO: 
 
Observamos que quando se introduz um condutor carregado dentro de outro 
oco e é posto em contato, toda a carga do primeiro passa ao segundo, qualquer que 
seja a carga inicial do condutor oco. Teoricamente, o processo poderia se repetir muitas 
vezes, aumentando a carga do condutor oco indefinidamente. Mas, existe um limite 
devido as dificuldades de isolamento da carga. Quando é elevado o potencial, o ar que o 
rodeia se torna condutor e começa a perder carga. No momento em que aproximamos o 
bastão à esfera eletrizada, observamos a ocorrência de pequenos raios entre eles. Ao 
aproximarmos o bastão da esfera metálica observa-se uma transferência visível de 
elétrons de um corpo para o outro. A esfera do gerador acumula uma quantidade 
arbitrariamente grande de carga. Assim a densidade superficial de carga se torna alta o 
suficiente para que o campo elétrico próximo a superfície seja maior que a rigidez 
dielétrica do ar. Então a esfera se descarrega no bastão, por intermédio do ar, que se 
tornou um condutor. Essa descarga produz assim uma faísca luminosa e azulada. Após 
adicionarmos fitas de alumínio na esfera, observamos que as tirar tenderam a 
movimentar-se na direção radial da esfera no sentido de afastamento. Isso ocorre por 
conta da fita ficar carregada na mesma polaridade que a esfera. 
 
 
7. CONCLUSÃO: 
Portanto concluímos que, com um simples equipamento conseguimos 
visualizar a formação dos campos elétricos pelas linhas equipotenciais formadas 
pelo campo elétrico gerado. Conforme a mudança de configuração ficou clara a 
visualização da disposição das cargas positivas na extremidade do globo. 
Outra constatação foi que a aplicação de um campo elétrico as cargas 
positivas e negativas se deslocam formando uma descarga elétrica, sendo assim, as 
linhas de força são sempre perpendiculares às superfícies metálicas dos eletrodos, 
pois as mesmas demonstram o trajeto do campo elétrico de um eletrodo ao outro 
como que se formando uma ponte entre eles para a circulação da corrente elétrica. 
 
 
8. BIBLIOGRAFIA: 
Halliday