FISICA 3 VAN DE GRAAFF

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Física – Gerador Van de Graaff 
 
 
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1. Objetivo 
 Analisar as cargas e suas reações durante o processo de eletrização no Gerador de Van de Graaff. 
 
2. Introdução 
 O gerador de Van de Graaff é uma máquina elétrica que funciona como um gerador de energia 
eletrostática. Deixando de lado o extenso embasamento teórico, o gerador chama muita atenção por 
conta de seu funcionamento lúdico. 
 De forma simplificada, o gerador possui um motor elétrico, uma correia, uma esfera metálica e 
algumas partes estruturais. Ao girar do motor, a polia é friccionada por uma escova de cobre, 
energizando estaticamente a esfera com déficit de cargas negativas, o que proporciona altíssimos 
valores de tensão, entre a esfera e qualquer outro objeto que esteja aterrado. 
 Em geradores “artesanais” ou de pequeno porte, as tensões são da ordem das centenas de milhares 
de volts, o que torna o ar um condutor de eletricidade, isso resulta no fenômeno do centelhamento, 
onde pequenos arcos elétricos são formados, reproduzindo “pequenos relâmpagos”. Se uma pessoa 
estiver eletricamente isolada e tocar na esfera do gerador , os fios de cabelo ficam eletrizados com 
carga positiva, uma vez que as cargas se concentram nas pontas, e se repelem, como os fios são leves, 
a pessoa fica literalmente de cabelo em pé. 
 A máquina foi inventada pelo engenheiro estado-unidense Robert Jemison Van de Graaff, para 
aplicações na física nuclear por volta de 1929 por conta da sua capacidade de produzir altíssimos 
valores de tensões. 
 Os geradores de grande porte produzem tensões da ordem dos milhões de volts. Atualmente foram 
adaptados alguns modelos com instrumentação eletrônica e materiais específicos para melhorar a 
eficiência e capacidade dos geradores. 
O efeito corona 
 O "Efeito Corona" é um fenômeno observado próximo de pontas de um condutor onde ocorrem 
descargas elétricas. Isto ocorre devido à grande concentração de cargas elétricas na ponta, tornando o 
campo elétrico muito intenso. Com isto ocorrerá atração para a ponta de íons de sinal contrário às 
cargas da ponta e repulsão de íons de mesmo sinal. Os íons atraídos provocam descarga da ponta. 
O "poder das pontas" é um fenômeno relacionado com a "rigidez dielétrica". 
 
3. Materiais utilizados 
 
• 1 Gerador de Van der Graaff; 
• 1 bastão de madeira com uma esfera metálica oca na ponta; 
• 1 clips; 
• Fita crepe. 
 
 
 
 
Física – Gerador Van de Graaff 
 
 
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4. Metodologia 
1. Ligou-se o Gerador de Van de Graaff(figura 1) na tomada; 
2. Aproximou-se o bastão da casca do gerador a uma determinada distância; 
3. Observou-se o fenômeno(figura 2); 
4. Desligou-se o gerador; 
5. Aproximou-se o bastão a fim de certificar o descarregamento do gerador; 
6. Pegou-se um clipe de papel; 
7. Entortou-se o clipe até ficasse com uma ponta metálica em destaque. 
8. Fixou-se o mesmo no bastão utilizando a fita crepe, de maneira a fazer a ponta ter 
destaque(próxima a formar 90º em relação a superfície esférica do bastão); 
9. Ligou-se o gerador; 
10. Aproximou-se novamente o bastão a uma determinada distância; 
11. Observou-se novamente o fenômeno; 
12. Discutiu-se os fenômenos para chegar a uma conclusão. 
 
 
 
Figura 1: Gerador de Van der Graaff. 
Física – Gerador Van de Graaff 
 
 
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Figura 2:Fenômeno que ocorre após aproximar o bastão do gerador(carregado). 
 
5. Resultados 
 Ao acionarmos o gerador, seu terminal esférico, localizado no topo do gerador, foi se eletrizando. 
Esse processo de eletrização se inicia na base do gerador, onde há um rolete inferior de PVC, e nele 
está fixada uma correia de borracha. Essa correia transporta íons positivos para o terminal esférico, 
onde os íons se distribuem por toda a sua superfície. 
A produção desses íons positivos se dá pela eletrização de contato entre o rolete e a correia. O rolete 
captura elétrons da correia, ficando assim com carga negativa (excesso de elétrons), enquanto a 
superfície interna da correia fica com carga positiva (falta de elétrons). 
 Conforme a correia se movimenta, suas cargas se distribuem numa área maior que a do rolete, ou 
seja, a densidade superficial de suas cargas é menor do que a das cargas do rolete. Por isso o campo 
elétrico entre o rolete inferior e a ponta do pente metálico inferior torna-se intenso. Por consequência, 
os elétrons livres da ponta do pente metálico são repelidos, por sistema de aterramento, até a carcaça 
do motor onde está ligado, e suas pontas ficam com carga positiva. 
 As pontas são capazes de gerar campos elétricos de grande intensidade. Isso se dá pelo fato de sua 
superfície ser mínima, tendo assim uma densidade superficial de cargas muito grande. Essa 
intensidade ultrapassa o limite de isolação do ar, sendo capaz de arrancar elétrons das moléculas do ar, 
provocando assim o chamado “Efeito Corona”. Assim, na região entre as pontas e o rolete inferior, 
surge uma mistura de elétrons e íons positivos de moléculas de ar, formando plasma (4º estado da 
matéria). As pontas positivas atraem os elétrons e o rolete negativo atrai os íons positivos. 
 A correia, por ser de borracha, prende os íons positivos de ar que são atraídos pelo rolete e então os 
leva até o termina esférico, onde também está localizado um pente metálico que captura os elétrons 
presos na correia e os conduz à superfície do terminal esférico, deixando-o assim carregado. Quando o 
campo elétrico do terminal esférico atinge seu limite de voltagem, começa um novo Efeito Corona, 
que limita o acúmulo de mais cargas elétricas na esfera. 
 Ao aproximarmos a ponta do bastão em uma distância suficiente para entrar em contato com o 
campo elétrico do gerador Van de Graaff, ocorrem pequenas descargas elétricas alternadas entre eles. 
Essas descargas se dão pela Diferença De Potencial (DDP) entre o gerador e o aterramento (bastão). 
Física – Gerador Van de Graaff 
 
 
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 Com o experimento realizado com o clipe de papel, novamente ocorreu descarga elétrica, porém 
dessa vez foi uma descarga contínua. Isso ocorreu devido ao fato de a superfície de contato ser uma 
ponta, e como mencionado anteriormente, quando a superfície é mínima, como a de uma ponta, a 
densidade superficial de cargas é maior, pois as cargas estão mais perto umas das outras. 
 
6. Conclusão 
 Após a realização do experimentos e observação dos fenômenos em relação ao gerador de Van de 
Graaff, pôde-se chegar a diversas conclusões. A princípio teve-se reconhecimento do processo de 
eletrização por atrito, além de perceber que quando a intensidade do campo elétrico ultrapassa o limite 
isolante do ar, o mesmo passa a deixar de ser um limitador. Também pode-se observar que em relação 
a um corpo de tipo esférico oco, as cargas tendem a se acumular na superfície externa, e, por fim, a 
respeito da descarga elétrica, dada pela diferença de potencial entre os dois corpos(com o bastão agindo 
como aterramento e o gerador como a carga eletrizada), notou-se que a mesma ocorre de maneira mais 
eficaz em corpos puntiformes(o caso do clipe de papel), pois assim terá uma área de contato menor, 
resultando em uma densidade elétrica superior a área do bastão por si só. 
7. Referências 
UFBA 
http://www.peteletrica.eng.ufba.br/gerador-de-van-de-graaff/# 
UNESP 
https://repositorio.unesp.br/bitstream/handle/11449/87139/wedy_gf_me_ilha.pdf;sequence=1 
http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/Van%20de%20Graaff.
htm