Experimento de Fisica 001 AV2 ELETROSTÁTICA

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
CURSO DE ENGENHARIA
CIVIL / PRODUÇÃO
FÍSICA TEÓRICA E EXPERIMENTAL III
2° Semestre – 2017
Experimento nº 001
Nome do Experimento: Eletrostática - Gerador de Van de Graaf
Alunos:
 	
NOME: Rogerio Brito de Oliveira		 MATRÍCULA: 201602594929 
NOME: Fabio Lopes da Silva			 MATRÍCULA: 201603151419
NOME: Kelly Vieira dos Santos		 MATRÍCULA: 201601331231 
NOME: Letícia Alves Andrade 		 MATRÍCULA: 201603345991
NOME: Aline de Souza Freire 		 MATRÍCULA: 201505616841
NOME: Crislete Souza Vieira 		 MATRÍCULA: 201602282153
Sumário
1 – Introdução..........................................................................................................................................03
2 – Objetivo..............................................................................................................................................03
3 – Desenvolvimento Teórico.......................................................................................................................................03
4 – Desenvolvimento Prático......................................................................................................................................07
5 – Conclusão...................................................................................................................................................................08
6 – Referências................................................................................................................................................................08
INTRODUÇÃO
 
Os átomos da matéria são formados de uma grande quantidade de partículas. Dentre elas as mais conhecidas são o próton (carga positiva), o elétron (carga negativa) e o nêutron (carga nula). Diz – se que, quando o número de prótons em um átomo é igual ao número de elétrons, este permanece neutro. Pode-se estender este raciocínio à matéria em geral. Esta condição é chamada de Equilíbrio Eletrostático.
No entanto, este equilíbrio pode ser desfeito. Isto é possível a partir de um processo chamado de Eletrização, que pode ocorrer de três maneiras: atrito, contato e indução. Para reproduzir estes processos é utilizado um equipamento chamado Gerador de Van de Graaff, uma máquina que utiliza uma correia móvel para acumular cargas elétricas em uma esfera oca de metal, às quais se espalham para mais longe possível umas das outras e passam a ocupar a superfície externa da casca esférica. Essa distribuição de cargas gera um campo elétrico, afetando o espaço ao seu redor.
As características do campo elétrico são determinadas pela distribuição de energias ao longo de todo o espaço afetado. Se a carga de origem do campo for positiva, uma carga negativa introduzida nele se moverá, espontaneamente, por meio da atração eletrostática. A diferença de potenciais elétricos entre pontos situados a diferentes distâncias da fonte do campo origina forças de atração ou repulsão orientadas em direções radiais dessa mesma fonte.
OBJETIVO
Induzir o transporte de cargas através de um Gerador de Van de Graaff e analisar suas interações com o meio.
Demonstração visual da existência das linhas de força através do campo elétrico gerado pela produção de uma tensão com um gerador de Van de Graaff, interpretando os efeitos do campo elétrico produzido pelo acúmulo de cargas em uma esfera oca metálica.
3. DESENVOLVIMENTO TEÓRICO
Toda matéria, por menor que seja, é composta por partículas denominadas átomos. Cada átomo é formado por três partículas elementares: prótons, neutros e elétrons. Na parte central do átomo ficam os prótons e os nêutrons, os elétrons circundam esse núcleo formando uma região denominada eletrosfera. 
A carga elétrica é uma propriedade fundamental e característica das partículas elementares constituintes do átomo. 
A estrutura dos átomos pode ser descrita com base em três partículas elementares: o elétron, que possui carga elétrica negativa, o próton de carga elétrica positiva e o nêutron que não possui carga elétrica. (SEARS, 2009, p.3)
Nos matérias, muitas vezes não vemos manifestações dessas cargas elétricas, pois estes corpos encontram-se neutralizados, ou seja, possuem quantidades iguais de cargas elétricas positivas e negativas. 
Cada objeto, em nosso visível e tangível mundo, contém uma enorme quantidade de carga: entretanto, geralmente tal fato não se revela porque o objeto contém quantidades iguais de duas espécies de carga: carga positiva e carga negativa. Com tal igualdade – ou equilíbrio – de cargas dizemos que o objeto está eletricamente neutro; isto é, ele não contém nenhuma carga liquida para interagir com outro objeto. (HALLIDAY, 1996, p.2)
Pode-se, através de três técnicas básicas, afetarmos o equilíbrio entre as cargas elétricas existentes num determinado material, deixando-os positivamente ou negativamente carregados, tais técnicas são conhecidas como processo de eletrização, por contato, atrito ou indução. 
A eletrização por atrito consiste em friccionar dois objetos formados por substâncias diferentes e inicialmente neutros, ao final do processo, cada corpo ficará carregado eletricamente com cargas opostas, ou seja, um corpo cede elétrons enquanto o outro os recebe. Podemos classificar os matérias quanto a tendência de se tornar negativamente ou positivamente eletrizados, observe a série triboelétrica seguinte: 
Tabela 1: Série Triboelétrica CARGA MATERIAL
	Positivos
	Pele humana seca
Couro
Pele de coelho
Vidro
Cabelo humano
Nylon
Chumbo
Pele de gato
Seda
Alumínio Papel
Neutros Algodão
Aço
	Negativos
	Madeira Âmbar
Borracha dura Níquel e cobre Latão e prata Ouro e platina
Poliéster
Isopor
Filme de PVC Poliuretano Polietileno PVC Teflon
Na eletrização por contato, um corpo carregado eletricamente é colocado em contato com um corpo neutro, assim o corpo carregado cede elétrons ao corpo inicialmente neutro até que se obtenha o equilíbrio entre os corpos.
Já no processo de eletrização por indução, único processo qual não necessita de contato entre os corpos, consiste em aproximar um corpo carregado a outro inicialmente neutro, esse processo faz com que as cargas, em equilíbrio, presentes no corpo neutro, sejam separadas conforme o sinal da carga do corpo indutor. Assim, se aterrarmos o corpo induzido notamos que a carga que não é atraída pelo indutor “escapa” deixando o corpo carregado somente com a carga oposta ao indutor quando os separamos.
Mudando o equilíbrio existente inicialmente, o corpo se comporta de maneira diferente próximo a outro corpo podendo atrair ou repelir conforme a Lei de Du Fay propõe. 6
No século XVIII, o francês Charles François Dufay detectou a existência de dois tipos de cargas elétricas, as quais denominou de “vítrea” e “resinosa”, pois notara que um bastão de vidro atritado com seda adquiria carga elétrica diferente da carga elétrica adquirida por um bastão de resina atritado com lã. Dufay, nas suas experiências, concluiu que: “cargas elétricas de mesmo nome (sinal) se repelem e de nomes contrários se atraem”. (COC, (...), p.9)
Contudo, existem materiais que não conduzem carga elétrica ou que dificultam o trânsito de elétrons de um corpo até outro, estes são denominados isolantes ou não-condutores. 
Podemos classificar os materiais de acordo com a facilidade com a qual as cargas elétricas se movem em seu interior. Os condutores são materiais nos quais as cargas elétricas se movem com facilidade, como os metais, o corpo humano e a água da torneira. Os não-condutores, também conhecidos como isolantes, são materiais nos quais as cargas não podem se mover, como os plásticos, a borracha, o vidro e a água destilada. (HALLIDAY, 2009, p.3)
Gerador de Van de Graaff
Um gerador de Van de Graaff é uma máquina eletrostática que foi inventada pelo engenheiro estado-unidense descendente de holandeses,RobertJemison van de Graaff por volta de 1929. A máquina foi logo empregada em física nuclear para produzir as tensões muito elevadas necessárias em aceleradores de partículas.
Esquema básico de um Gerador de Van de Graaff.
O gerador básico com excitação por atrito é composto por uma correia de material isolante, dois roletes, uma cúpula de descarga, um motor, duas escovas ou pentes metálicos e uma coluna de apoio. Os materiais mais usados para coluna são o acrílico ou o PVC. Os roletes são de materiais diferentes, ao menos um deles isolante (como Teflon e alumínio), para que se eletrizem de forma diferente devido ao atrito de rolamento com a correia. O motor gira os roletes, que ficam eletrizados e atraem cargas opostas para a superfície externa da correia através das escovas. A correia transporta essas cargas entre a terra e a cúpula. A cúpula faz com que a carga elétrica, que se localiza no exterior dela, não gere campo elétrico sobre o rolete superior; Assim cargas continuem a ser extraídas da correia como se estivessem indo para terra, e tensões muito altas são facilmente alcançadas.
O terminal pode atingir um potencial de vários milhões de Volts, no caso dos grandes geradores utilizados para experiências de física atômica, ou até centenas de milhares de Volts nos pequenos geradores utilizados para demonstrações nos laboratórios de ensino.
Geradores profissionais utilizam sistemas eletrônicos para depositar carga na correia, eliminando assim as instabilidades de desempenho causadas pela excitação por atrito e permitindo regulação precisa da tensão obtida. A operação dentro de câmaras de alta pressão contendo gases especiais permite maior densidade de carga na correia sem ionização, aumentando a corrente que carrega o terminal.
Os cilindros, junto com a correia, constituem o coração de um Gerador de Van de Graaff auto-excitado. Como mencionamos anteriormente, geradores eletrostáticos trabalham assentados no efeito triboelétrico. A série triboelétrica (uma lista abreviada é fornecida a seguir) nada mais é que uma lista de materiais ordenados segundo a carga relativa que adquirem quando atritados (ou separados) dois a dois. Os materiais mais comumente escolhidos para os cilindros estão na tabela abaixo:
	mais positivo
	Ar
Vidro
fibra sintética
lã
chumbo
alumínio
papel
	Materiais que estão mais próximos do extremo mais negativo, têm uma disposição por assumir uma carga elétrica negativa. Os materiais mais próximos ao extremo mais positivo tendem a assumir carga elétrica positiva. Idealmente, os materiais da correia e do cilindro inferior devem estar entre o mais afastados possível dessa lista, enquanto o material do cilindro superior deve estar na região dos neutros. Para uma dada combinação rolete inferior-correia-rolete superior, a polaridade do domo do Gerador de Van de Graaff fica determinada. Por exemplo, se a correia é de borracha, o rolete inferior é de plástico e o rolete superior é de alumínio, o domo ficará negativo. Usando o mesmo desenho, porém colocando-se o rolete de plástico como superior e o de alumínio como inferior, o domo ficará positivo.
	neutro
	Algodão
Aço
Madeira
Borracha
Cobre
Acetato
poliéster
Poliuretano
Polipropileno
vinil (PVC)silicone
	
	mais negativo
	teflon
	
Quando alguém menciona um Van de Graaff, a primeira coisa em que as pessoas pensam, freqüentemente, é o efeito de eriçar os cabelos. Embora isso não deixe de ser um experimento notável e atrativo, há outros experimentos diferentes, muitos deles até mais atrativos e esclarecedores, que podem ser feitos com a eletricidade estática.O gerador auto-excitado trabalha segundo princípios do efeito triboelétrico. Esse termo refere-se ao fenômeno que ocorre quando dois materiais diferentes estão bem juntos e então são puxados para que se separem.
Todos nós já experimentamos esse efeito alguma vez. O melhor exemplo, um pelo qual a maioria certamente já passou (especialmente em um dia seco e quente), é o que ocorre quando estamos caminhando sobre um piso atapetado e a seguir tocamos na maçaneta da porta ou em outro objeto metálico; ouvimos e sentimos uma pequena faísca saltar de nossos dedos. É comum ouvirmos essas crepitações ao tirarmos um vestuário de lã. Assim como os sapatos são afastados do piso atapetado, as roupas puxadas para longe de outras roupas, todos os demais materiais diferentes, quando separados, experimentam uma migração de elétrons de um para outro, tornando-se ambos eletrizados. Esse é o resultado do efeito triboelétrico --- a eletrização que ocorre ao separarmos materiais diferentes que estão bem juntos.
4. DESENVOLVIMENTO PRÁTICO
4.1. Material Utilizado
Aparato de Gerador de Van de Graaff
4.2. Descrição do Experimento
 Rompimento da rigidez dielétrica do ar
1. Ligar o aparato para comprovar visualmente o que foi absorvido em aula;
Conectou-se o bastão com uma esfera metálica na ponta do gerador. Este foi ligado, uma carga elétrica se acumulou e o bastão foi aproximado;
Verificar as reações do Gerador com as intervenções externas.
5. CONCLUSÃO
Com os experimentos realizados no laboratório de física III, foi possível observar a teoria adquirida sobre o que diz respeito o Gerador de Van de Graaff. 
No momento em que aproximamos o bastão à esfera eletrizada, observamos a ocorrência de pequenos raios entre eles. Ao aproximarmos o bastão da esfera metálica observou-se uma transferência visível de elétrons de um corpo para o outro. A esfera do gerador acumula uma quantidade arbitrariamente grande de carga. Assim a densidade superficial de carga se torna alta o suficiente para que o campo elétrico próximo à superfície seja maior que a rigidez dielétrica do ar. Então a esfera se descarrega no bastão, por intermédio do ar, que se tornou um condutor. Essa descarga produz assim uma faísca luminosa e violenta.
Podemos afirmar que os resultados obtidos são satisfatórios quanto às condições de realização, devido ar condicionado está ligado, o ar no laboratório estava seco (umidade baixa), dificultado a condutividade dos elétricos.
6. REFERÊNCIAS
[1] http://www.colegioweb.com.br/fisica/eletrostatica-e-carga-eletrica
[2] SEARS, Francis Weston; ZEMANSKY, Mark Waldo; YOUNG, Hugh D.; FREEDMAN, Roger A. Física 3. 12. ed. São Paulo: Pearson Addison Wesley, 2008.
[3] HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física 3. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1996.
[5] http://www.dfq.feis.unesp.br/docentes/MarceloII/01-Eletrostatica.pdf
[6] EDITORA COC. Eletrostática.
[7] HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física 3. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.