experimento 4 fisica 3

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Laboratório de Física III Experimental
Semestre 2/2017
Ionização das moléculas de ar submetidas a ação de elétrons
Turma:3043
Autor:Luiz Antônio Macedo Ramos
Integrantes do grupo:
Nome:Beatriz Francisco dos Santos /matricula: 201408027844 
Nome:Vivian Carvalho Cardoso da Silva /matricula:201402200633
 Professor:Luiz Lima
Resumo
Nesse relatório será apresentado o conceito de Ionização molecular de ar e todos os outros conceitos que o permeiam como campo elétrico, ionização do gás, movimentação de cargas na presença de Elétrons junto ao capacitor de placas planas paralelas e seu comportamento composta pela 3º lei de Newton no qual vamos relatar quando uma molécula negativa choca com o ar e como ela ioniza a molécula de ar e começa a ganha mais velocidade e a molécula fica maior batendo uma carga negativa com uma positiva e acaba perdendo a carga e se espalhando e requer que todos os alunos obtenham conhecimento a respeito.
Introdução 
A carga elétrica de um corpo pode ser descrita como sendo o desequilíbrio 
entre a quantidade de prótons e elétrons deste, afinal, quando estão em equilíbrio a 
carga elétrica será nula. Do contrário, quando há desequilíbrio, eles podem ter carga 
positiva (quando houver um número menor de elétrons) ou negativa (número de 
elétrons maior que número de prótons)
A carga elétrica de um corpo pode ser descrita como sendo o desequilíbrio 
entre a quantidade de prótons e elétrons deste, afinal, quando estão em equilíbrio a 
carga elétrica será nula. Do contrário, quando há desequilíbrio, eles podem ter carga 
positiva (quando houver um número menor de elétrons) ou negativa (número de 
elétrons maior que número de prótons)
A carga elétrica de um corpo pode ser descrita como sendo o desequilíbrio 
entre a quantidade de prótons e elétrons deste, afinal, quando estão em equilíbrio a 
carga elétrica será nula. Do contrário, quando há desequilíbrio, eles podem ter carga 
positiva (quando houver um número menor de elétrons) ou negativa (número de 
elétrons maior que número de prótons)
A carga elétrica de um corpo pode ser descrita como sendo o desequilíbrio 
entre a quantidade de prótons e elétrons deste, afinal, quando estão em equilíbrio a 
carga elétrica será nula. Do contrário, quando há desequilíbrio, eles podem ter carga 
positiva (quando houver um número menor de elétrons) ou negativa (número de 
elétrons maior que número de prótons)
A carga elétrica de um corpo pode ser descrita como sendo o desequilíbrio 
entre a quantidade de prótons e elétrons deste, afinal, quando estão em equilíbrio a 
carga elétrica será nula. Do contrário, quando há desequilíbrio, eles podem ter carga 
positiva (quando houver um número menor de elétrons) ou negativa (número de 
elétrons maior que número de prótons)
Campo Elétrico
O campo elétrico designa o local onde as forças elétricas estão concentradas por meio da ação das cargas elétricas puntiformes (corpo eletrizado cujas dimensões e massa são desprezíveis se comparadas às distâncias que o afastam de outros corpos eletrizados).Dessa forma, o campo elétrico é um tipo de força em que as cargas elétricas geram ao seu redor; trata-se de uma grandeza vetorial, ou seja, possui módulo,direção e sentido, donde as cargas elétricas que se aproximam (elétrons, prótons ou íons) estão sujeitas às forças de interação: seja de atração ou de repulsão.
O sentido do campo elétrico depende exclusivamente do sinal da carga elétrica, por isso, importante notar que o campo elétrico existe por meio de sua interação com uma carga de prova, de modo que as que apresentam mesmo sinal, sofrerão uma repulsão, e as cargas, de sinais contrários, sofrerão uma atração.
Sendo assim, quando o campo elétrico é criado numa carga positiva ele, terá um sentido de afastamento ou repulsão, por sua vez, quando é gerado numa carga negativa ele, terá um sentido de aproximação ou de atração.
Intensidade do Campo Elétrico
A intensidade do campo elétrico é medida através da seguinte fórmula, cuja força elétrica entre as cargas é inversamente à carga de prova:
Donde:
E: campo elétrico
F: força elétrica
q: carga elétrica
No Sistema Internacional de Unidade, a intensidade do campo elétrico é medido em Newton por Coulomb (N/C), a força em Newton (N) e a carga elétrica em Coulomb (C).
Potencial Elétrico
O potencial elétrico, medido em Volts (V), determina a capacidade dos corpos eletrizados de apresentarem as propriedades de atração ou de repulsão. Assim, para calcular o potencial elétrico utiliza-se a seguinte expressão:
Onde:
V: Potencial elétrico (V)
Ep: energia potencial (J)
Q: Carga elétrica (C)
Lei de Coulomb
A Lei de Coulomb formulada pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) no final do século XVIII, enfoca nos estudos sobre a interação eletrostática entre partículas eletricamente carregadas:
“A força de ação mútua entre dois corpos carregados tem a direção da linha que une os corpos e sua intensidade é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa”.
A unidade de medida das cargas elétricas, é Coulomb (C), em homenagem ao físico pelas suas contribuições aos estudos da eletricidade. Assim, para calcular a força das cargas:
Donde:
F: força (N)
K: constante elétrica: 9 x 109 Nm2/C2
q1 e q2: cargas elétricas (C)
r: distância da força elétrica (m)
Saiba também o que é Campo Magnético.
Lei de Gauss
A lei de Gauss estabelece uma relação entre o fluxo de campo elétrico através de uma superfície fechada e as cargas que estão no interior dessa superfície. Algumas considerações importantes sobre a de lei de Gauss são:
A lei de Gauss não contém nenhuma informação que não esteja contida na lei de Coulomb e no princípio da superposição. Inclusive, é possível obter a lei de Coulomb a partir da lei de Gauss e vice-versa. 
É fundamental para a lei de Gauss, o fato de que a força elétrica é proporcional ao inverso do quadrado da distância. É esse fato que faz com que o fluxo de E não dependa da "superfície gaussiana" escolhida e dependa apenas das cargas que estão localizadas no interior da superfície. Dessa forma, é possível pensar numa lei de Gauss que estabeleça uma relação de fluxo para qualquer campo cuja lei de força associada a esse campo seja proporcional ao inverso do quadrado da distância, como a força gravitacional, por exemplo, logo existe uma lei de Gauss da gravitação. 
Apesar da lei de Coulomb nos fornecer o necessário para calcular o campo elétrico de uma distribuição de cargas, muitas vezes, as integrais que envolvem o cálculo do campo elétrico podem ser complicadas de serem resolvidas, mesmo para casos razoavelmente simples. É nesse ponto que reside um dos aspectos de maior eficiência da lei de Gauss: o cálculo do campo elétrico em distribuições de carga que possuam determinados tipos de simetria torna-se extremamente simples. 
A lei de Gauss se refere sempre ao fluxo no interior de uma superfície gaussiana escolhida. Portanto, para utilizar a lei de Gauss, é necessário definir o que é uma "superfície gaussiana". Esta é, por sua vez, uma superfície arbitrariamente escolhida. Normalmente, essa superfície é escolhida de modo que a simetria da distribuição de carga permita, ao menos em parte da superfície, um campo elétrico de intensidade constante. 
Cargas em movimento
O movimento de partículas carregadas em condutores é diferente do movimento de partículas no espaço vazio. Após a aplicação de uma diferença de potencial, as partículas carregadas livres são aceleradas momentaneamente, sofrendo colisões inelásticas com as partículas fixas do condutor.
Ao aplicarmos uma diferença de potencial VA – VB, esta origina, no interior de um condutor, um campo elétrico E, cujo sentido é do pólo positivo para o pólo negativo. Inserido nesse campo elétrico, os elétrons ficam sujeitos a uma força elétrica Fel = q.E de sentido opostoà do vetor campo elétrico. Os elétrons adquirem movimento ordenado. Chamamos esse movimento das partículas carregadas de CORRENTE ELÉTRICA.
Intensidade de corrente elétrica
Chamamos de intensidade média de corrente elétrica a razão entre a variação da carga ?q, que atravessa um condutor, pela variação do tempo, ou seja,
Nesse caso, podemos observar que a intensidade de corrente elétrica é constante.
Quando a corrente varia com o tempo, define-se intensidade de corrente instantânea, o limite da intensidade média, quando o tempo ?t tende a zero.
Circuito elétrico é o conjunto de aparelhos onde se pode estabelecer uma corrente elétrica.
Efeitos de corrente elétrica ao passar por um condutor a corrente elétrica pode causar diversos efeitos, dependendo da natureza do condutor. Os mais comuns e mais importantes são:
Efeito fisiológico: É a passagem da corrente elétrica por organismos vivos. Chamado de choque elétrico, a corrente passa pelo corpo e age diretamente no sistema nervoso, provocando contrações musculares.
Nesse caso, se a intensidade estiver entre 10 mA e 3 A, essa corrente pode ser fatal, pois atravessa todo o tórax, atingindo o coração com intensidade suficiente para alterar o ritmo cardíaco.
Efeito Joule: Ao entrarem em movimento, os elétrons se chocam com as partículas do condutor, que recebem energia e passam a vibrar com maior intensidade. Essa variação na vibração acarreta um aumento da temperatura. Em geral esse efeito é aplicado em aquecedores, chuveiros, etc.
Ionização do gás 
 
Já sabemos que as moléculas de um gás como a de todos os corpos, são formadas de átomos que possuem no interior, partículas carregadas de eletricidade.  Mas, o número de partículas positivas é sempre igual ao número de partículas negativas de maneira que o átomo e a molécula são neutros.  Quando aplicamos entre os eletrodos a diferença de potencial V, aparece um campo elétrico   entre eles.  Se nesse campo existissem somente moléculas do gás, portanto neutras, não haveria nunca corrente elétrica no gás, porque a corrente é formada de cargas elétricas em movimento.  E as moléculas sendo neutras, nem ficariam sujeitas a forças por causa do campo elétrico, pois este só exerce força sobre cargas elétricas.  Mas, acontece que no gás não existem somente moléculas, neutras, mas, também existem íons desse gás.Isto é, muitas moléculas do gás perdem elétrons e se tornam um conjunto de partículas cuja carga total é positiva.  Esse conjunto de partículas é chamado íon.  O fenômeno se chama ionização.
Quando aplicamos a diferença de potencial V entre os eletrodos, o íon do gás, sendo positivo, é atraído pelo catodo.  esse íon é então acelerado, e aumenta sua energia cinética.  Enquanto se desloca para o catodo, esse íon pode encontrar uma molécula, neutra, e por choque produzir sua ionização.  Forma-se então mais um íon positivo, e libertam-se novos elétrons.  O novo íon é também atraído pelo catodo, e os elétrons libertados pela molécula são atraídos pelo anodo.  esse íon e esses elétrons por sua vez chocam-se com novas moléculas que, por choque também são ionizadas.  As ionizações continuam sucessivamente e, ao cabo de um tempo muitíssimo curto se produz um número suficientemente grande de íons que se deslocam para o catodo e de elétrons que se deslocam para o anodo.  esses íons e esses elétrons são cargas elétricas em movimento, que constituem a corrente elétrica no gás.
A condição para que um gás conduza eletricidade é que existam íons no volume do gás, os quais, entrando em movimento, provocam a ionização de moléculas neutras.  Os íons e os elétrons resultantes da ionização constituirão a corrente elétrica.
Íon: é um átomo que possui déficit ou excesso de elétrons.
Elétron: (e- ou β−) é uma partícula que constitui o átomo, ou seja, é uma partícula subatômica. Ele tem carga negativa e se localiza na eletrosfera, em torno do núcleo atômico, o que decorre da força eletromagnética.
Cátodo: é o eletrodo no qual há redução (ganho de elétrons). É o pólo positivo da pilha.
Ânodo: é o eletrodo no qual há oxidação (perda de elétrons). É o pólo negativo da pilha.
Vento Elétrico
A carga elétrica em excesso num corpo condutor distribui-se apenas pela superfície exterior do corpo e concentra-se nas zonas mais pontiagudas (ou de menor raio) rarefazendo-se nas restantes (não sendo, portanto, uniforme a densidade superficial de carga, com exceção do corpo esférico). Na proximidade dos corpos existem sempre no ar átomos e moléculas ionizadas. Havendo grande concentração de cargas elétricas numa ponta (zona pontiaguda) dum corpo, haverá atração para a ponta dos íons de sinal contrário às cargas na ponta e repulsão dos íons com o mesmo sinal. Os íons que são atraídos provocam a descarga da ponta. Por sua vez, os movimentos de partículas junto da ponta originam novas ionizações no ar e o fenômeno de descarga da ponta aumenta. 
A esta capacidade de os corpos eletrizados se descarregarem pelas pontas chama-se poder das pontas. Querendo evitar a descarga dum corpo, devem ser evitadas superfícies pontiagudas.Por isso se chama a este fenômeno de sopro, atrás explicado, de vento elétrico.
Metodologia
Neste experimento usamos os seguintes materiais:
Capacitor de placas paralelas cilíndricas 
Gerador de Van der Graff
1 vela
1 cabo condutor elétrico 
1 Fosforo 
Para realizar o experimento, conectamos um cabo de condutor elétrico ao gerador de Van der Graff e o outro ao no parafuso do aparelho para fazer o aterramento e nos capacitores de placas paralelas cilíndricas CIDEPE com diâmetro de 10cm e um raio de 5,00cm, colocamos uma vela branca acesa entre os capacitores e ligamos gerador de Van Graff entretanto não foi entregue o certificado de calibração dos respectivos aparelhos entretanto seguimos com o experimento.
Resultado
Ao ligarmos o gerador de Van de Graff, conectado ao capacitor de placas paralelas cilíndricas, geramos um campo elétrico entre as placas do capacitor. Após alguns segundos, observamos a criação de uma corrente de ar, denominada “Vento Elétrico”. Vento Elétrico são as cargas positivas, no polo esquerdo, atraindo intensamente os elétrons das partículas de ar vizinhas. Durante esse processo, alguns desses elétrons se desprendem, de modo a se chocarem com as partículas positivas e que acaba perdendo sua carga e ela se espalha, com tudo a chama da vela começa a ser bombardeada no qual chega a um ponto de rodar, pois está sendo bombardeada de todos os lados e corre o risco de apagar, entretanto não tínhamos uma potência muito alta e um capacitor excelente, e ao observamos a vela percebemos que ela ioniza o gás esquentando a molécula de ar e ao esquentá-la observamos que ela perdeu elétrons e fica positiva e tende a ir para um lado e o elétron que se chocou em outro ficando assim negativo e tende a ir para o lado oposto. 
Figura 1. Gerador Desligado
Figura 2. Gerador ligado 
Na experiência, as partículas carregadas (ou íons repelidos pelas cargas do polo esquerdo) deslocaram-se para a direita arrastando consigo várias partículas de ar e formando o “Vento Elétrico”. Desta forma, a chama da vela, que também estava posicionada entre as placas do capacitor, se inclinou para um polo, forçada pelo “Vento Elétrico”, conforme nos mostram as Figuras 1 e 2
Conclusão
A Partir da realização do experimento, podemos observar a interação das moléculas no campo elétrico através do “vento elétrico” e o comportamento de uma molécula negativa se chocando com o ar e ionizando a molécula de ar e a tornando negativa que começa a ganhar mais velocidade e faz com que a molécula vá ficando maior e com isso uma vai jogando com a outra e essa negativa bate em outra positiva e perde a carga e continua a batendo em outras e assim vai se chocando e a com isso a carga se espalhando e a chama começa a rodar por esta sendo atacada de todos os lados e nesse processo ela chegar a apagar, por tanto podemos visualizar que criamos um diferencial de potencial de um ladoe do outro no qual criamos cargas dentro, por isso observamos que a vela ioniza o gás o seja esquenta as moléculas de ar fazendo com que perca elétrons e tornando positiva pois perdeu elétrons e tende a ir para um lado e o elétron que chocou em outra fica negativo e tende a ir para o lado oposto e quanto mais próximo as placas estiverem da vela maior será a movimentação, mais cuidado para não colocar tão próximo pois pode queimar a placa do aparelho podemos levar em conta os possíveis desvios humanos e incerteza dos equipamentos utilizados, assim como, falta de iluminação adequada e treinamento dos técnicos.