Gerador de Van Der Graaff

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RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL
	CURSO
	Engenharia Mecânica 
	TURMA
	3093
	DATA
	22/08/2017
	Aluno/
Grupo
	Giovanna da Cruz Torres
Giullia Kalib Fernandes 
	TÍTULO
	Acelerador de Van Der Graafff
	OBJETIVOS
	Visualizar a existência das linhas de força através do mapeamento de campo elétrico gerado pela produção de uma tensão. Isso ocorre porque o gerador de Van der Graaff - GVDG- trabalha no princípio de tensões muito altas e correntes muito baixas, ocasionando uma eletricidade estática que pode ser descarregada rapidamente a outro corpo com potencial elétrico diferente, como um raio. 
	
	
	INTRODUÇÃO
	
A carga elétrica é considerada como sendo uma propriedade que se manifesta em algumas das chamadas partículas elementares; por exemplo, nos prótons e elétrons. Os prótons e elétrons são os portadores do que denominamos carga elétrica, mas esta propriedade não se manifesta exatamente da mesma forma nessas partículas; convencionou-se, então, a chamar a carga elétrica dos prótons de positiva (+) e a dos elétrons de negativa (-).
Gerador de Van de Graafff - Robert Van de Graafff (1901-1967), físico Americano, foi o criador do instrumento. Ele construiu o primeiro destes geradores que levou seu nome em 1931, com o propósito de produzir uma diferença de potencial muito alta para acelerar partículas carregadas que se chocavam contra blocos fixos. Os resultados das colisões nos informam das características dos núcleos do material que constituem o bloco.
O gerador de Van de Graafff 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 os aparelhos que são conectados. O Gerador Van de Graafff é uma máquina que utiliza uma Correia Móvel para acumular Tensão Eletrostática muito alta na cavidade de uma Esfera de Metal. O gerador eletrostático tipo Van de Graafff, tem capacidade para 240 kV, sua esfera tem 20 cm de diâmetro, é removível e dispõe de conexões para aterramento. A sustentação é construída em acrílico e possui articulação na ligação com a base, mede 45 cm de altura. A correia de borracha tem 6 cm de largura e se movimenta sobre 04 polias, acionada por um motor elétrico de 1/8 de HP funcionando em 110 ou 220 V, conforme a sua rede local de energia e é munido de controle eletrônico da velocidade de rotação do motor. Sua função é transportar as cargas elétricas que serão acumuladas na esfera metálica. Todo o conjunto está fixado em uma base metálica (adaptado de Sinzato, 2012).
Partes do Gerador: 
Conexão de fio terra (inferior)
Conexão na esfera
Correia de borracha
Escova metálica inferior
Escova metálica intermediária
Escova superior
Esfera de alumínio polido
Polia de acrílico
Polias
	MATERIAIS E REAGENTES
	
Cabos Pino banana 
Dois pentes metálicos (superior e inferior) 
Dois roletes (superior e inferior) 
Hélice preso a suporte Terminal condutor de descarga boleado
 
Lâmpada Fluorescente
Papel picado
 
Um domo ou cúpula de descarga 
Uma base para alojar o motor elétrico, fixar a coluna e o pente inferior
Uma coluna de apoio 
Uma correia transportadora
	PROCEDIMENTOS 
	
Através do atrito entre dois materiais é possível fazer a separação de cargas, ou seja, pode-se deixa-lo eletricamente carregado. Quando um material tem mais elétrons do que prótons, ele se encontra negativamente carregado e quando tem menos elétrons do que prótons, ele se encontra positivamente carregado. Cada material isolante possui sua determinada rigidez, por exemplo, tem-se que o sapato é um isolante, no entanto, é considerado isolante até determinado ponto. Caso uma pessoa encoste em um fio de alta tensão da rua, ainda que calçando um sapato considerado isolante, levará um choque. Isso porque a diferença de potencial é tão grande que faz com que a rigidez do material isolante seja rompida. O material deixa de ser um isolante e passa a ser um condutor, ocorrendo, assim, descarga elétrica. Em relação ao ar atmosférico, considerando sua resistência muito alta, pode-se dizer que o mesmo impede que a corrente elétrica passe por ele.
 Contudo, há situações em que o ar atmosférico passa a ser um condutor, por exemplo, na ocorrência de raios. A depender da pressão atmosférica, o ar pode ser considerado condutor ou isolante. Nesse sentido, a condutividade do ar aumenta quando a pressão diminui e a condutividade diminui quando a pressão aumenta. Utilizando um exemplo do trovão, pode-se dizer que o ruído ocorre durante a descarga na natureza devido à energia liberada e o canal ionizado serem muito maiores do que ocorre em um gerador de Van Der Graafff, ou seja, quando ocorre o trovão, é gerada uma onda sonora com uma intensidade extremamente grande, ocasionando um ruído bem intenso.
 O ruído presente no gerador pode ser explicado Também pela rápida expansão das moléculas de ar ao redor da esfera e pelo rápido aquecimento das mesmas. É como se o gerador de Van Der Graaff gerasse pequenos trovões, pois, como os trovões na natureza, os dois geram ruídos, porém com intensidades diferentes. Já a cor azulada gerada pela descarga pode ser explicada através do espectro de cores, pois tons azulados demonstram uma intensidade muito grande e é fato que a intensidade da descarga elétrica é muito intensa em um curto intervalo de tempo. 
O gerador de Van Der Graaff possui uma esfera metálica oca montada na parte superior de uma coluna isolante, apresenta um motor que faz uma polia de silicone passar pelo circuito, essa polia se atrita com as escovas (espécies de alumínio) que irão perder ou ganhar elétrons, dependendo da situação. Quando ocorre o atrito na primeira polia, ela fica carregada e ocorre a indução da separação das cargas que vão se acumular na esfera. Com isso pode-se afirmar que o gerador de Van Der Graaff apresenta três tipos de eletrização: eletrização por atrito, por condução e por indução. No momento em que o gerador é ligado, ao aproximar a mão da esfera pode-se perceber a presença de faíscas.
 Além disso, se uma pessoa encostar as mãos na cúpula do gerador, as cargas presentes na esfera serão transferidas para o corpo da pessoa, cada fio do cabelo será carregado com a mesma carga, repelindo-se mutuamente. Caso a pessoa que estiver com as mãos na cúpula do gerador encoste o corpo no solo, as cargas elétricas vão ser descarregadas para a terra. De outro modo, caso a pessoa não entre em contato com o solo, os cabelos começam a se eriçar, visto que, quando a pessoa coloca a mão na cúpula do gerador, recebe cargas, ficando assim toda negativa.
	RESULTADOS 
	
No experimento, foi aproximado da cúpula do gerador um bastão, sendo possível verificar que, entre o gerador de Van Der Graaff e o bastão, ocorria atrito com o ar. Assim, para minimizar o atrito com o ar, o gerador foi ligado e, após aproximadamente 5 minutos, o bastão foi aproximado novamente. Aumentou-se a aceleração do gerador e o aparelho de ar condicionado já ligado, serviu para diminuir a umidade do ar. Desse modo, com os procedimentos para minimização do atrito, foi observado que ocorriam transferências de cargas entre o bastão metálico e a cúpula metálica do gerador, bem como as distâncias nas quais tais descargas elétricas ocorriam. Também foi possível observar que, quando o gerador era ligado por mais tempo, a carga elétrica gerada era maior, o que produzia muitos feixes de elétrons na aproximação do bastão elétrico no gerador de Van Der Graaff. Importante destacar que os feixes de elétrons eram melhor visualizados na parte inferior da esfera. Através do experimento prático, foi possível constatar que o potencial elétrico do gerador de Van Der Graaff está diretamente relacionado com a carga que ele armazena, deixando a esfera metálica carregada com carga não identificada, e que a rigidez dielétrica varia de acordo com a umidade do ar. 
	CONCLUSÃO
	
Pode-se concluir que o experimento atingiuo objetivo proposto para o aprendizado, de forma que através de uma configuração simples conseguiu-se visualizar com clareza os processos de eletrização, distribuição de cargas em condutores, o comportamento do campo elétrico em relação à rigidez dielétrica do meio em que ele está inserido e as condições necessárias para que se estabeleça uma descarga elétrica através de um gás. Além dos objetivos previstos inicialmente também foi possível aprender mais sobre a eletrização do nosso próprio corpo. Quando em contato com a esfera do gerador, o corpo passa a ser eletrizado juntamente com ela. Ao colocar as mãos sobre a esfera descarregada do gerador com o gerador desligado, e depois ligado, não ocorre choque, pois o corpo está sendo eletrizado vagarosamente, diferentemente de quando a esfera já está eletrizada e coloca-se a mão sobre ela. Nesse caso, o choque será maior, pois a descarga de energia para o corpo será muito mais rápida. O processo de eletrização que ocorre na natureza constantemente consiste em um fenômeno, com transferência de cargas elétricas entre corpos. A compreensão dos efeitos dielétricos assim como da rigidez dielétrica acaba por demonstrar como um isolante pode tornar-se um condutor, justificando e fundamentando, por exemplo, o princípio de funcionamento de raios e dos trovões. Sendo ainda possível trabalhar com o potencial elétrico e com o campo elétrico, que recebe uma especial ênfase devido a sua importância e complexidade. Analisando, por fim, o real objetivo do Gerador de Van Der Graaff, que é simular descargas elétricas. 
	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
	
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RIBEIRO, Thyago. Eletricidade, Física: Processos de Eletrização. Disponível em: <http://www.infoescola.com/eletricidade/processos-de-eletrizacao/>. Acesso em: 31/08/2017.
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