Relatório I Física III

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Faculdade Estácio de Sá
Curso: Engenharia de Produção
Disciplina: Física Experimental III
Professor: Jean
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA
Vitória
Agosto / 2015
O PRINCÍPIO DO FUNCIONAMENTO DO ELETROSCÓPIO DE FOLHAS E A DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS NUM CONDUTOR
DESCARGA EM GASES SOB PRESSÃO ATMOSFÉRICA
A IONIZAÇÃO DAS MOLÉCULAS DE AR SUBMETIDAS À AÇÃO DE UM CAMPO ELÉTRICO 
O PODER DAS PONTAS, O TORNIQUETE ELÉTRICO
CONFIGURAÇÃO DAS LINHAS DE FORÇA ENTRE ELETRODOS SUBMERSOS, O PARA-RAIOS, A GAIOLA DE FARADAY E OS CABOS COAXIAIS
Trabalho apresentado para avaliação do rendimento escolar na disciplina de Física Experimental III curso de Engenharia de Produção da Faculdade Estácio de Sá ministrado pelo Professor Jean.
Vitória
AGOSTO / 2015
SUMÁRIO
OBJETIVO
O objetivo dos experimentos é interpretar as ações ocorridas sob um campo elétrico:
- Em termos de ionização das moléculas do ar;
- Configurações das linhas de força entre eletrodos em vários formatos; e
- Funcionamento do torniquete elétrico em função do poder das pontas.
O PRINCÍPIO DO FUNCIONAMENTO DO ELETROSCÓPIO DE FOLHAS E A DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS NUM CONDUTOR
O objetivo do experimento foi descrever o funcionamento do eletroscópio de folhas, reconhecer que as cargas elétricas (estáticas) se distribuem na superfície externa do condutor e justificar esta distribuição de cargas. Para realização do experimento foram necessários os seguintes equipamentos:
- 01 Gerador eletrostático;
- 01 Eletrodo com gancho e lâmina de alumínio 10 mm x 180 mm (dobrada ao meio);
- 01 Esfera auxiliar de descarga;
- 01 Cuba cilíndrica;
- 02 Conexões elétricas com pinos de pressão (01 preta e 01 vermelha);
- 01 Lâmina de alumínio;
- 01 Fita adesiva;
3 - PRÉ-REQUISITOS
3.1 - Cite três partículas fundamentais do átomo com o valor e o sinal de suas cargas elétricas. 
 Próton (+), Nêutron (Neutra), Elétron (–).
3.2 - O que você entende por uma carga elétrica?
Carga elétrica é uma propriedade física fundamental que determina as interações eletromagnéticas.
3.3 - Expresse a lei das cargas de Coulomb.
Esta lei estabelece que o módulo da força entre duas cargas elétricas puntiformes (q1 e q2) é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos (módulos) das duas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância r entre eles. Esta força pode ser atrativa ou repulsiva dependendo do sinal das cargas. É atrativa se as cargas tiverem sinais opostos. É repulsiva se as cargas tiverem o mesmo sinal.
3.4 - Compare a eletrização por atrito (contato) com a eletrização por indução.
Atritando-se, dois corpos constituídos de substâncias diferentes e inicialmente neutros, um deles cede elétrons, enquanto o outro recebe. Ao final, os dois corpos estarão eletrizados e com cargas elétricas opostas. Dizemos que a eletrização por contato é um processo no qual um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo neutro. De preferência, devem ser usados dois corpos condutores de eletricidade. Dizemos que a indução eletrostática é o fenômeno de separação das cargas elétricas de sinais contrários em um mesmo corpo. Portanto, esse tipo de eletrização pode ocorrer apenas pela aproximação entre um corpo eletrizado e um corpo neutro, sem que entre eles aconteça qualquer tipo de contato.
3.5 - Classifique os materiais que fazem parte do gerador eletrostático: haste acrílica, roletes, palhetas e esfera, quanto a bons condutores elétricos ou maus condutores elétricos. 
Haste acrílica - mau condutor.
Roletes - mau condutor.
Palhetas - bom condutor.
Esfera - bom condutor.
4 - MONTAGEM
4.1 - Fixar o eletrodo com gancho na esfera do gerador. Colocar a lâmina de alumínio dobrada com as duas extremidades de mesmo tamanho no eletrodo.
 
Observação: A montagem foi feita de acordo com o que se pede na conduta de procedimentos do relatório.
5.1 - Após ligar o aparelho por alguns segundos e desligá-lo, devido à haste estar ligada no sistema da cúpula, a mesma está com a mesma carga da superfície da cúpula, portanto no processo de eletrização o alumínio presente na haste se repele da cúpula (cúpula negativa, alumínio negativo, as cargas de sinais iguais se repelem).
5.2 - Ao encostar a esfera auxiliar (ligada ao polo positivo) na superfície da cúpula que está eletrizada com carga negativa, realizará a descarga tornando o ambiente “neutro” fazendo com que o alumínio fique em sua posição de origem.
5.3 - Removemos a esfera auxiliar e a apoiamos sobre a cuba cilíndrica. Mantivemos a conexão elétrica entre esfera/gerador e fixamos uma tira de papel alumínio internamente e outra externamente, conforme figura abaixo.
 
5.4 - Após ligar o gerador por alguns segundos e desligá-lo, externamente, devido à cúpula estar ligada no negativo do gerador e o alumínio ser um bom condutor fixado na cúpula com fita adesiva, este por ter a mesma carga se repele da cúpula. No interior da cúpula, não existe carga, pois os elétrons estão dispostos na superfície da mesma (nada acontece com o alumínio). 
DESCARGA EM GASES SOB PRESSÃO ATMOSFÉRICA
O objetivo do experimento foi identificar os eletrodos ânodo e cátodo, classificar os gases como condutores de terceira espécie (dentro da família dos condutores), reconhecer a importância da pressão e da distância entre os eletrodos na capacidade de condução elétrica num gás e descrever as condições necessárias para que se estabeleça uma descarga elétrica num gás sob pressão atmosférica. Para realização do experimento foram necessários os seguintes equipamentos:
- 01 Gerador eletrostático;
- 01 Esfera auxiliar de descarga; e
- 01 Conexão elétrica com pinos de pressão.
4 - PRÉ-REQUISITOS
4.1 - O que se entende por campo elétrico? Por que dizemos que o campo elétrico é conservativo?
No experimento, um campo elétrico de força é gerado pelo Gerador de Van de Graaff, transportando assim as cargas armazenadas em sua superfície e disponibilizando uma ação da força elétrica de atração/repulsão. Pelo fato de não ter alterado a energia mecânica do corpo que se desloca, e, por existir um potencial associado a cada ponto do campo, dizemos que o campo elétrico é um campo conservativo, ou seja, não dissipa a energia.
4.2 - O que se entende por linhas de força de um campo elétrico?
As linhas de força são utilizadas para representar a ação de um campo elétrico, onde ele se encontra, uniforme ou não. Na lei de Gauss vimos que as linhas de força de um campo elétrico podem ser positivas e negativas.
4.3 - Cite três propriedades das linhas de força do campo elétrico.
O potencial sempre irá decrescer no sentido da linha de força;
As linhas de força de um campo elétrico não podem ser fechadas; e
Não se cruzam.
4.5 - Onde o campo elétrico representado é mais forte?
Quanto mais próximo da carga, mais intensa será à força do campo e quanto mais afastado, menos intensa.
4.6 - Lei do Inverso do Quadrado da Distância: (1/d²). No exemplo da figura temos o meio de A e B, como região mais intensa do campo elétrico.
4.7 - Caso abandonássemos uma carga no interior deste campo, trace a possível trajetória que a mesma teria.
 Carga fosse positiva.
 A carga fosse negativa.
4 - MONTAGEM
 
Observação: A montagem foi feita de acordo com o que se pede na conduta de procedimentos do relatório.
6 - ANDAMENTO DAS ATIVIDADES
6.1 - Ligue o aparelho e aproxime a esfera menor da esfera do gerador. Observe o fenômeno e procure justificá-lo.
Com a superfície da cúpula eletrizada negativamente ao aproximar a esfera menor com carga positiva, as moléculas presentes no ar permitirão a descarga elétrica.
6.2 - Justifique o fato da mistura gasosa envolvente passar de isolante para condutora de eletricidade.
O fato que comprova que o (ar à pressão atmosférica)passa a ser condutora pode ser comprovado pela formação de arco voltaico entre as esferas maior/menor.
6.3 - No momento em que o gás deixa de ser isolante, o campo elétrico possui certo valor entre os eletrodos.
Utilizando a fórmula:
E= KQ/r², onde:
K = constante eletrostática
Q = valor da carga
r = raio
6.4 - Justifique o ruído e a cor azulada verificada durante a descarga elétrica ocorrida no ar.
O ruído obtido se deve ao brusco deslocamento de ar. Já a cor azulada, é devido à presença de oxigênio no ar (quebra se moléculas de O2 presentes no ar).
6.5 - Como denominamos o ruído e o clarão de cor azulada que surge durante a descarga, quando o fenômeno ocorre na natureza?
A descarga ocorre devido à eletricidade estática em nuvens. A expansão do canal ionizado é de grande proporção, gerando um brusco deslocamento de ar e causando uma onda sonora de grande intensidade. Raio, trovão.
IONIZAÇÃO DAS MOLÉCULAS DE AR SUBMETIDAS À AÇÃO DE UM CAMPO ELÉTRICO 
O objetivo do experimento foi interpretar a divisão ocorrida na chama de uma vela, sob ação de um campo elétrico, em termos de ionização das moléculas do ar. Para realização do experimento foram necessários os seguintes equipamentos:
 - 01 Gerador eletrostático;
 - 02 Conexões elétricas;
 - 01 Vela;
 - 01 Condensador de placas; e
 - 01 Caixa com fósforo.
Foi ligado o condensador no lado nos polos positivo e negativo do gerador, e no meio do condensador colocado uma vela acesa. Ao ligar o condensador o grupo pode observar que o polo negativo eletrizava primeiro, consequentemente, ionizando o ar com o fluxo para o sentido oposto, ou seja, do negativo para o positivo. Com isso foi possível observar que a chama de fogo da vela se deslocava até encostar no condensador ligado ao polo positivo. 
 
O PODER DAS PONTAS, O TORNIQUETE ELÉTRICO
O objetivo do experimento foi de descrever o funcionamento do torniquete elétrico em função do poder das pontas, da ionização das moléculas de ar e da terceira lei de Newton. Para realização do experimento foram necessários os seguintes equipamentos:
 - 01 Gerador eletrostático; e
 - 01 Torniquete elétrico com pivô.
Ligando o torniquete num pino ao gerador eletrostático pudemos observar que ao eletrizar o ambiente o torniquete passou a girar no sentido oposto das pontas, devido à densidade da carga ser maior nas pontas do torniquete que possui área menor. Ou seja, ao ser eletrizado com carga negativa, o campo magnético negativo repele por terem a mesma carga de sinais iguais onde podemos equiparar a terceira lei de Newton em que toda ação gera uma reação (Força de mesma intensidade de direção e sentido oposto).
CONFIGURAÇÃO DAS LINHAS DE FORÇA ENTRE ELETRODOS SUBMERSOS, O PARA RAIOS, A GAIOLA DE FARADAY E OS CABOS COAXIAIS 
O objetivo do experimento foi de mapear a configuração das linhas de força entre eletrodos de vários formatos, o comportamento do campo elétrico nas proximidades de dois eletrodos de formatos diferentes. Para realização do experimento foram necessários os seguintes equipamentos:
- 01 Gerador eletrostático;
- 01 Cuba cilíndrica;
- 01 Mesa projetável com fixadores de bornes;
- 01 Conexão elétrica preta com pinos de pressão; e
- 01 Conexão elétrica vermelha com pinos de pressão;
- 01 Conjunto de eletrodos com: 
- 01 Eletrodo em anel maior;
- 01 Eletrodo em anel menor;
- 02 Eletrodos retos;
- 01 Eletrodo com gancho;
- 02 Eletrodos pontuais puntiformes;
- Óleo de rícino;
- Milho granulado;
Foi colocado óleo na cuba cilíndrica sobre a mesa projetável, após isso iniciou-se os experimentos com a combinação dos conjuntos de eletrodos:
02 Eletrodos pontuais puntiformes:
Ligando um eletrodo no polo positivo e outro no polo negativo, sendo ambos submersos no óleo dentro da cuba cilíndrica, pudemos observar a olho nu com o auxílio do milho granulado, que a eletrização ocorreu com linhas em formato de arcos ligando os eletrodos. 
01 Eletrodo pontuais puntiformes (+) e 01 Eletrodo Reto (-):
Ligando o eletrodo pontual puntiforme no polo positivo e o eletrodo reto no negativo, sendo ambos submersos no óleo dentro da cuba cilíndrica, pudemos observar a olho nu com o auxílio do milho granulado que a eletrização ocorreu com linhas em formato de arcos e linhas retas ligando os eletrodos. 
02 Eletrodos retos:
Ligando um eletrodo no polo positivo e outro no polo negativo, sendo ambos submersos no óleo dentro da cuba cilíndrica, pudemos observar a olho nu com o auxílio do milho granulado, que a eletrização ocorreu em formato de retas ligando os eletrodos. Nas pontas foi possível visualizar arcos.
01 Eletrodo Pontual Puntiforme e 01 Eletrodo anel maior:
Ligando o eletrodo pontual puntiforme no polo positivo e colocando-o no centro do eletrodo anel maior ligado no negativo, sendo ambos submersos no óleo dentro da cuba cilíndrica, pudemos observar a olho nu com o auxílio do milho granulado, que a eletrização ocorreu formando linhas retas do pontual puntiforme para as bordas internas do anel maior. 
02 Eletrodos Retos e 01 Eletrodo anel menor:
Ligando um eletrodo no polo positivo e outro no polo negativo, sendo ambos submersos no óleo dentro da cuba cilíndrica, porém entre ambos foi colocado um anel menor pudemos observar a olho nu com o auxílio do milho granulado que a eletrização ocorreu com linhas em formato de retas e leves curvas, ligando os eletrodos que só passou pelo centro do eletrodo menor pois a borda do eletrodo ultrapassava a borda do anel menor. 
01 Eletrodo Anel Maior e 01 Eletrodo anel menor:
Ligando o eletrodo anel menor no polo positivo e o anel maior no polo negativo, sendo ambos submersos no óleo dentro da cuba cilíndrica, porém colocado o anel menor no centro do anel maior pudemos observar a olho nu, com o auxílio do milho granulado, que a eletrização ocorreu com linhas em formato de retas ligando os eletrodos sem passar pelo centro do eletrodo menor e sem ultrapassar a linha do anel maior.