02 Atividade experimental II Van der Graaff(parte2)

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Universidade Estácio de Sá
FÍSICA EXPERIMENTAL III
Atividade Experimental II - Van der Graaff (parte 2)
Professor Robson Florentino de Lima
robflorentino@gmail.com
2 - Material necessário:
Conjunto de eletrodos
mesa projetável
placa de Petri
óleo 
milho granulado 
torniquete elétrico 
vela
condensador de placas paralelas para acoplamento ao gerador
fósforo
IONIZAÇÃO DAS MOLÉCULAS DE AR SUBMETIDAS À AÇÃO DE UM CAMPO ELÉTRICO
8. Faça a conexão ligando uma placa à cúpula e outra à base do gerador (cabo vermelho na placa móvel) com uma vela acesa entre elas. 
Ligue o gerador, observando o ocorrido com a chama da vela. Faça variar a distância entre as placas capacitoras e anote o observado. 
9. Sem a vela, aproxime novamente as placas e assopre entre as placas. Observe o que ocorre com a ionização do ar entre elas e explique o observado.
CONFIGURAÇÃO DAS LINHAS DE FORÇA ENTRE ELETRODOS
10. Faça as conexões elétricas entre os bornes da mesa projetável e o Gerador. Conecte magneticamente os eletrodos retos de forma a ficarem paralelos. Deposite a placa sobre a mesa projetável com os eletrodos retos e coloque uma fina camada de óleo na placa de Petri. Espalhe, uniformemente, um pouco de milho granulado sobre o óleo. 
Ligue o Gerador apenas o tempo necessário para o alinhamento das partículas.
a) Desenhe o aspecto das linhas de fora entre os dois eletrodos retos (com cargas de sinais contrários).
b) Assinale na figura a região onde o campo elétrico E é mais intenso.
c) Trace o vetor E que melhor representa o campo elétrico no desenho..
d) O que acontece com a densidade das linhas de força do campo elétrico na região mais central das placas paralelas?
11. Faça a mesma conexão anterior, agora sem os eletrodos paralelos.
a) Desenhe o aspecto das linhas de fora entre os dois eletrodos retos (com cargas de sinais contrários).
b) Assinale na figura a região onde o campo elétrico E é mais intenso.
c) Trace o vetor E que melhor representa o campo elétrico no desenho.
12. Faça a mesma conexão anterior, agora com o eletrodo circular grande e o eletrodo pontual. (haste curva, presa pelo furo no centro da placa e conectada ao eletrodo por magnetismo).
a) Desenhe o aspecto das linhas de fora entre os dois eletrodos retos (com cargas de sinais contrários).
b) Assinale na figura a região onde o campo elétrico E é mais intenso.
c) Trace o vetor E que melhor representa o campo elétrico no desenho.
13. Faça a mesma conexão anterior, agora novamente com os eletrodos paralelos, porém com o eletrodo circular pequeno ao centro.
a) Desenhe o aspecto das linhas de fora entre os dois eletrodos retos (com cargas de sinais contrários).
b) Assinale na figura a região onde o campo elétrico E é mais intenso.
c) Trace o vetor E que melhor representa o campo elétrico no desenho.
O PODER DAS PONTAS E O TORNIQUETE ELÉTRICO
14. Coloque a agulha sobre a esfera do gerador de Van de Graaff, e em seguida, o torniquete (o centro dele bem em cima da ponta da agulha de forma que ele ficasse na horizontal).
a) Descreva o funcionamento do torniquete elétrico em função do poder das pontas, da ionização das moléculas de ar e da terceira lei de Newton.
Pesquisa:
Faça uma pesquisa para explicar detalhadamente como surge um relâmpago.
Aprofundamento:
Cálculo da ddp e do campo elétrico criado no gerador
O resultado da carga perdido na esfera metálica é transferido para a base do gerador de Van der Graff, e através da equação abaixo, pode-se determinar a carga armazenada no gerador, que está relacionada com a área da esfera metálica: 
Qmáx = A . δmáx
Onde A é a área do capacitor e δmáx é a densidade superficial de carga máxima. Logo, para determinar o valor da carga acumulada no gerados, é necessário primeiro calcular o valor dessa densidade, pela equação:
δ = E . є0 
onde E é o campo elétrico na face externa do condutor e є0 é a permissibilidade do meio, e seu valor é:
є0  = 8,85.10-12 C2/N.m2 
para Emáx, temos o valor de:
Emáx  = 3.106 N/C 
Então, com as equações descritas anteriormente, foi possível calcular o valor da carga máxima armazenada no gerado. Seu valor em Coulomb é: 
Qmáx = A . δmáx
Qmáx = 4. π .r2. E0 . є0
Qmáx = 4,80 μC
onde r é o raio da esfera metálica e tem como valor 12 centímetros.
Sabendo-se o valor da carga máxima acumulada no gerador, foi possível também, determinar o potencial elétrico no Gerador de Van der Graff pela seguinte equação: 
Vmáx = K0 . Qmáx / r
Onde K0 é a constante eletrostática no vácuo, que é aproximadamente igual a do ar. Seu valor é:
K0  = 8,99.109 N .m / C2
e o valor teórico do potencial elétrico no gerador é: 
Vmáx = 3,6.105 V
o potencial elétrico experimental no gerador vale: 
Vexp = Emáx . d 
Onde Emáx é o campo elétrico máximo do gerador e d é a distância onde ocorre a quebra da rigidez dielétrica do ar. Verificou-se que a quebra da rigidez ocorre a aproximadamente 2,5 centímetros da esfera metálica. Então para esta distância o potencial elétrico experimental tem o seguinte valor: 
Vexp = 7,5.104 V