eletroscopio de folha

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Universidade Estácio de Sá 
Engenharia Mecânica 
Física Experimental III
Luiz Lima
Aluno - Matricula
Experimento 1: Principio Eletroscópio de Folhas e Distribuição de Cargas em Condutores e Isolantes 
Rio de Janeiro 
2017
Resumo
Nesse experimento será demonstrado o equipamento eletroscópio de folha, seu funcionamento, o comportamento das cargas elétricas e da eletrização de um corpo. Será estudado através desta experiência a lei de Gauss e a Lei de Coulomb.
Introdução
A eletrostática é a parte da eletricidade que estuda as propriedades e o comportamento de carga elétrica que estão geralmente em repouso. Esse tipo de eletricidade é conhecida como eletricidade estática e encontra-se em toda parte. Toda matéria que conhecemos é formada por moléculas. Esta, por sua vez, é formada de átomos, que são compostos por três tipos de partículas elementares: prótons ( carga positiva ou falta de elétrons ), elétrons ( carga negativa ou excesso de elétrons ) e o nêutron ( carga nula ). Existem dois importantes princípios da eletrostática: o principio da atração e repulsão que demonstra que cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinal contrario se atraem, e a conservação de cargas elétricas, a qual assegura que em um sistema isolado eletricamente, a soma das cargas elétricas continua constante, mesmo que sejam alteradas as quantidades de cargas do sistema, ou seja, não há perdas.
A lei de Gauss é valida para qualquer situação, com o campo uniforme, ou não, e para qualquer tipo de superfície fechada, também denominada gaussiana. Todavia, para ser operacionalmente útil ela deve ser usada apenas em determinadas circunstancias. Uma circunstância favorável ocorre quando a superfície Gaussiana é tal que o produto escalar entre o campo e vetor superfície é facilmente obtido. Algumas considerações importantes sobre a Lei de Gauss são:
A Lei de Gauss relaciona os campos elétricos em pontos sobre uma superfície gaussiana ( fechada ) com carga resultante envolta por essa superfície.
A Lei de Gauss refere-se sempre ao fluxo no interior de uma superfície gaussiana escolhida. Portanto, para utilizar a lei de Gauss, é necessário definir 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.
É importante ressaltar que a Lei de Gauss se torna eficiente apenas em casos em que há simetria. Mais precisamente, nos casos nos quais existe simetria esférica, cilíndrica ou plana.
A Lei de Gauss não contem nenhuma informação que não esteja contida na lei de Coulomb e no principio da superposição. Inclusive, é possível obter a lei Coulomb a partir da Lei de Gauss e vice-versa.
A Lei de Coulomb é uma lei da física que descreve a interação eletrostática entre partículas eletricamente carregadas. Foi formulada pelo físico Charles Augustin de Coulomb em 1783 e foi desenvolvida para o estudo da eletricidade.
Esta lei estabelece que o modulo da forca entre duas cargas elétricas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos das duas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância R entre elas. Esta força pode ser atrativa ou repulsiva dependendo do sinal das cargas. É atrativa se as cargas tiverem sinais opostos e é repulsiva se as cargas tiverem o mesmo sinal. Ou seja
Onde a equação pode ser expressa por uma igualdade se considerarmos uma constante “K, que dependendo 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 determinar se estas forças são de atração ou repulsão utiliza-se o produto de suas cargas, ou seja:
A figura 1 ilustra o gerador de Van de Graaff, que foi desenvolvido pelo físico americano Robert Jemison Van de Graaff por volta de 1930, para acelerar Partículas Atômicas.
Figura 1: O Eletroscópio de folhas e o gerador de Van de Graaff
O gerador de Van de Graaff que é um gerador eletrostático onde existe uma correia de material isolante para acumular Tensão Eletrostática na cavidade de uma esfera de metal
No interior do gerador de van de graaff, a correia móvel esta acoplada a uma roldana de matéria isolante, quando o motor aciona a roldana, a correia fricciona a roldana de plástico, transferindo cargas negativas para ela. Enquanto o motor continua a acionar a roldana, as cargas negativas na roldana acumulam-se e induzem cargas positivas. O campo elétrico entre a roldana e o pente metálico aumenta e o ar á volta do pente ioniza-se. As cargas positivas das moléculas de ar são repelidos do pente e transferidas para a superfície da correia. Estas cargas positivas são a seguir transportadas para dentro da cavidade da esfera de metal, e transferidas, a partir do pente metálico de forma afiada, para a esfera metálica, através da ionização do ar. Este processo permite acumular uma grande quantidade de cargas positivas na superfície da esfera metálica e o seu potencial aumenta.
Eletroscópio de folha é um equipamento que se destina a indicar a existência de cargas elétricas, ou seja, identificar se um corpo esta eletrizado. O principio de funcionamento deste equipamento é muito simples, quando carregado as folhas de alumínio se repelem, afastando-se mais na medida em que aumenta a carga acumulada nelas.
Material isolante: também chamados de matérias dielétricos. Nesses matérias, os elétrons estão fortemente ligados ao núcleo atômicos, ou seja, eles não possuem elétrons livres ou a quantidade é tão pequena que pode ser desprezada. Dessa maneira não permite passagem de corrente elétrica.
Material condutor: são matérias que possuem mais facilidade de ceder e receber elétrons, pois em sua camada de valência os elétrons têm uma fraca ligação com o átomo.
Metodologia 
– Materiais utilizados no primeira etapa do experimento 
01 Gerador eletrostático composto por :
01 Cuba cilíndrica
01 Esfera auxiliar 
01 Tira de alumínio
01 Eletrodo como gancho 
Procedimento: Colocamos o eletroscópio na esfera do gerador, colocamos a tira de papel alumínio dobrado e presa ao eletroscópio de folhas presa ao gerador de Van de Graaff.
3.2- Materiais utilizados no segunda etapa do experimento 
01 Gerador eletrostático composto por :
01 Cuba cilíndrica
01 Esfera auxiliar 
02 Tira de alumínio
02 Fios de conexões elétricas tipo jacaré 
02 Fitas adesivas
Procedimento : Colocamos a cuba cilíndrica em sobre a bancada, conectamos o cabo de alimentação tipo jacaré vindo do gerador de Van de Graaff. Foi grudado as duas tiras de papel alumínio com as fitas adesivas uma na parte de dentro e a outra na parte de fora da esfera elétrica ( todas na mesma altura e na mesma direção) .
Resultados 
Primeira parte do Experimento
Na figura 2 identificamos o resultado da a primeira parte do experimento. 
Figura 2
A tira de alumínio dobrada ao meio se afastavam uma da outra e ao mesmo tempo se repeliam da esfera. Desta forma podemos constatar que a esfera e as tiras possuem a mesma carga eletricas, assim fazendo com que se repelissem 
 Segunda parte do Experimento 
Foi possível observar que a tira de alumínio na parte externa na da cuba cilíndrica de movimentava afastando-se da cuba cilíndrica como na primeira parte do experimento devido a mesma reação elétrica, porém, a tira de alumínio fixada na parte de dentro da esfera não houve nenhum tipo de reação, tendo em vista que o campo elétrico interno da cuba elétrica ser nulo.
Durante a segunda parte do experimento trocamos os fios tipo jacaré algumas vezes, pois notávamos que o movimento da tira metálica externa era pequeno. Identificamos que os conectores de pressão “jacaré “ estavam com suas partes oxidadas impedindo a passagem de carga, logo que encontramos um conector em boas condições os movimentos da tira metálicaficaram mais perceptíveis.
Conclusão
Neste experimento foi apresentado o funcionamento de um eletroscópio de folha pelo principio de distribuição de cargas em um condutor. Onde observamos que as tiras metálicas eletrizadas com cargas iguais se afastavam da cuba. Assim comprovando as Leis de Gauss e a Lei de Coulomb. Esta experiência teve como principal objetivo a compreensão do comportamento de cargas elétricas e de corpos eletrizados.