Princípios da Eletricidade e Magnetismo - Física III

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FACULDADE PITÁGORAS – UNIDADE SÃO LUÍS
ENGEHARIA MECÂNICA – 4O PERÍODO
PRINCÍPIOS DE ELETRICIDADE E MAGNETISMO – RELATÓRIO
São Luís, 2017
Bruno Wesley Silva Diniz
Carlos Victor Lima Leal
Damilson de J. Carvalho da Silva Junior
Dayvid Fernando Schalcher Soares
Jéssica Nayanne F. Furtado
João Marcos da C. Alves Paixão
Leonardo dos Santos Sousa
Lucas Costa Pedrosa
Rodrigo dos Santos Costa
PRINCÍPIOS DE ELETRICIDADE E MAGNETISMO – RELATÓRIO
 Resumo apresentado como requisito parcial
 Para obtenção de nota na disciplina 
 Princípios de Eletricidade e Magnetismo, no 
 Curso de Engenharia Mecânica, na Faculdade 
 Pitágoras, ministrado pelo professor Roemir. 
 
São Luís, 2017
SUMÁRIO
	1
	INTRODUÇÃO
	4
	2
	FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
	5
	3
	OBJETIVOS
	6
	4
	MATERIAIS UTILIZADOS
	6
	5
	PROCEDIMENTOS
	6
	6
	RESULTADOS E DISCUSSÕES
	7
	7
	CONCLUSÃO
	10
	8
	REFERÊNCIAS 
	11
INTRODUÇÃO
Este relatório apresenta experimentos realizados no laboratório de Física da Faculdade Pitágoras, como parte integrante da disciplina Princípios da Eletricidade e Magnetismo. O trabalho se baseia nos conceitos da Eletroestática, que é uma das vertentes dos estudo das cargas elétricas. Como o nome diz, se baseia em cargas estáticas, diferentemente da Eletricidade Dinâmica. Os estudos que serão apresentados se baseiam nos cinco procedimentos realizados, situando-os nos estudos da Física, respondendo questões chave e discutindo acerca dos mesmos. 
Ainda serão apresentados dados que reforçam tal conceito vinculado ao experimento, estudando e relacionando-os à Eletroestática.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Eletricidade estática é a definição dada ao excesso de cargas elétricas em um corpo, estando essas cargas em repouso. A área da Física que estuda os fenômenos associados à eletricidade estática é a eletrostática e esta se baseia em dois princípios:
Princípio da conservação da carga elétrica: a carga elétrica total de um sistema eletricamente isolado é constante;
Princípio da atração e repulsão de cargas: cargas elétricas de mesmo sinal repelem-se e, de sinais contrários, atraem-se.
Os fenômenos eletrostáticos ocorrem quando um corpo, após passar por um processo de eletrização, fica carregado eletricamente. Os corpos eletrizados podem ficar carregados de duas formas:
Positivamente: se possui mais prótons do que elétrons;
Negativamente: se possui mais elétrons do que prótons. 
Obs.: Ele ainda pode ser neutro, se tiver a mesma quantidade de prótons e elétrons.
Há três maneiras de produzir eletricidade estática, que são:
Eletrização por atrito: Acontece quando dois objetos, inicialmente neutros, são atritados e há transferência de elétrons entre ambos. O resultado desta ação será um corpo eletrizado negativamente e outro positivamente.
Eletrização por contato: Ocorre quando um corpo eletrizado e posto em contato com um corpo neutro. Se tal corpo estiver eletrizado positivamente suas cargas atrairão os elétrons livres do corpo neutro. Assim, o corpo que antes era neutro perde alguns elétrons, ficando assim um corpo eletrizado positivamente. Se o corpo estiver carregado negativamente, haverá repulsão dos elétrons do corpo neutro. É importante entender que sempre que houver eletrização por contato, o corpo inicialmente neutro eletriza-se com o mesmo sinal de carga (seja ela positiva ou negativa) do corpo eletrizado.
Eletrização por indução: É transferir carga entre os corpos sem algum tipo de contato. Tal processo pode ser utilizado para eletrizar um corpo negativa ou positivamente. O processo consiste em aproximar um corpo eletricamente carregado de um corpo neutro. Se o corpo carregado estiver com cargas negativas, haverá repulsão entre os elétrons negativos e o corpo ficará com excesso de cargas positivas. O contrário consiste em utilizar um corpo carregado com cargas positivas e aproximá-lo de um corpo neutro. É importante entender que o corpo inicialmente neutro sempre ficará com cargas contrarias ao corpo eletrizado.
OBJETIVOS
Em laboratório foram realizados procedimentos, que consistiam na análise de reações baseadas nos conceitos da Eletroestática. O objetivo se baseou no comportamento entre os corpos nos diferentes procedimentos, apresentado assim explicações acerca dos resultados obtidos.
Explicar por que o canudo ficou em contato com a parede depois de solto e por que o mesmo influenciou na corrente da água que saía da torneira.
Explicar por que, quando aproximamos o bastao neutro do Gerador de Van Der Graaf, ocorreu uma faísca e onde tal efeito acontece na natureza.
Explicar o comportamento do algodão quando foi lançado no Gerador de Van Der Graaf.
Explicar o comportamento do filete de papel alumínio em relação ao Gerador de Van Der Graaf.
Explicar o comportamento da ventoinha de metal em relação ao Gerador de Van Der Graaf.
Explicar por que o cabelo é atraído pelo Gerador de Van Der Graaf.
MATERIAIS UTILIZADOS 
Canudos.
Papéis toalha.
Gerador de Van Der Graaf. 
Água.
Algodão.
Filete de papel alumínio.
Ventoinha.
Cabelo da Jéssica.
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 
O canudo foi “esfregado” em papel toalha afim de eletrizá-lo;
Logo em seguida ele foi posto na parede.
 1.1 O canudo foi novamente eletrizado no papel toalha;
Logo em seguida foi aberto o registro da torneira;
Após isso, o canudo eletrizado foi posto próximo ao filete de água.
Utilizando o Gerador de Van Der Graaf, o mesmo foi ligado e eletrizado;
Depois de carregado, o bastão eletricamente neutro foi aproximado do globo e houve um efeito luminoso, no caso uma faísca ou “mini raio”.
Utilizando o Gerador de Van Der Graaf, o mesmo foi ligado e eletrizado;
Depois de carregado, pequenos pedaços de algodão foram lançados sobre e próximo ao globo;
Utilizando o Gerador de Van Der Graaf, o mesmo foi ligado e eletrizado;
Depois de carregado, foi posta uma pequena haste de metal cuja extremidade havia um filete de papel alumínio;
Observado o primeiro comportamento do filete de papel alumínio, aproximou-se o bastão com cargas neutras do mesmo.
Utilizando o Gerador de Van Der Graaf, o mesmo foi ligado e eletrizado;
Despois de carregado, foi posta uma pequena haste de metal cuja extremidade havia uma ventoinha de metal;
Observado o primeiro comportamento, aproximou-se da ventoinha o bastão com cargas neutras;
Utilizando o Gerador de Van Der Graaf, o mesmo foi ligado e eletrizado;
Depois de carregado, a aluna Jéssica aproximou seu cabelo do globo.
 
RESULTADOS E DISCUSSÕES
 
1O Procedimento: 
Quando o canudo sofreu o atrito com o papel toalha, ficou eletrizado com cargas negativas e o papel com cargas positivas. Diante disso, onde o mesmo foi posto em contato com a parede, que é elemento neutro, pois está em contato com a terra. Como o canudo está carregado negativamente, o mesmo atraiu cargas opostas (positivas), e repeliu as cargas negativas. 
Baseando-se no princípio de atração e repulsão de cargas, as cargas opostas (as negativas do canudo e positivas da parede) tendem a se atrair, e tal atração foi suficiente para sustentar o canudo na parede por alguns segundos. 
Observe a imagem a seguirque ilustra o procedimento e as reações através do mesmo:
 Figura 1 - Ciência Mão.
Quando o canudo foi aproximado do filete de água, resultou na atração da mesma, desviando a água do que seria seu caminho natural. Isso se dá porque tanto cargas positivas quanto negativas atraem a água, por ser um corpo neutro. Além disso, as moléculas de água, são naturalmente polares, onde o mesmo pode ser considerar quando os canudos ficam grudados na parede por alguns segundos.
2o Procedimento:
Quando o bastão, eletricamente neutro, foi aproximado do globo do Gerador de Van Der Graaf, houve uma faísca. Isso nada mais foi que uma transferência de elétrons, porém visível, já que o ar ficou ionizado devida a carga do globo, pois esse estava com um grande acúmulo de energia, e esse corpo tem a tendência de descarregar tal energia acumulada. O nome de tal fenômeno é descarga elétrica, um rompimento de elétrons na camada atmosférica. 
Esse fenômeno pode ser comparado aos raios que ocorrem em tempestades, porem em uma menor escala. Possuindo até mesmo uma cor parecida, o raio pode ser esbranquiçado graças ao espectro combinado do oxigênio e do nitrogênio. Tal fenômeno, algumas vezes parece possuir outras cores, quando ocorre em ambientes diferentes graças à composição atmosférica local.
3o Procedimento: 
O Gerador de Van Der Graaf foi ligado e eletricamente carregado, foram lançados pedaços de algodão nele. Tais pequenos pedaços foram atraídos para o globo do gerador. 
Isso se dá pelo fato de que o algodão estava eletricamente neutro, e o globo estava eletricamente carregado. Esse é um fenômeno de indução. O quanto alguns corpos mantém firme e seguro seus elétrons é o que determina seu lugar nas séries triboelétricas. 
Séries triboelétricas é o sistema que determina se um material, em contato com outro, é mais apto a doar ou capturar elétrons. É considerado mais positivo se for propenso a doar elétrons, ao contrário, será negativo.
A seguir, temos uma escala triboelétrica de materiais do dia-a-dia:
	Mãos humanas húmidas
	Positivo
	Pele de coelho
	
	Vidro
	
	Cabelo humano
	
	Nylon
	
	Pele
	
	Seda
	
	Alumínio
	
	Papel
	
	Algodão
	
	Aço
	Neutro
	Madeira
	
	Ambar
	
	Borracha
	
	Cobre
	
	Poliéster
	
	Isopor
	
	Fita isolante
	
	PVC
	
	Silicone
	
	Teflon
	Negativo
 Tabela 1 – Os autores.
4o Procedimento:
Uma haste de metal com um filete de papel alumínio foi posta acima do globo do Gerador de Van Der Graaf. Quando o gerador foi ligado, o filete de alumínio foi repelido, com suas extremidades sendo postas para cima.
Logo após se observar tal comportamento, aproximou-se o bastão, eletricamente neutro, do filete de papel alumínio, onde o mesmo acompanhava o movimento do bastão.
Quando ligado, o gerador acumula carga na esfera, gerando altas tensões. A haste colocada sobre o gerador fica eletrizada e passa para as tiras de papel alumínio, assim as tiras ficam eletrizadas com cargas de mesmo sinal e passam a se repelir.
Já quando aproximamos o bastão, observamos que as tiras são atraídas por ele. Isso acontece porque o bastão está eletricamente neutro. Ao aproxima-lo das tiras há indução de cargas elétricas, essas possuem mesma magnitude, mas, sinal oposto à carga das tiras. 
5o Procedimento:
Uma haste de metal foi posta acima do globo do Gerador de Van Der Graaf. A mesma haste tinha, na sua extremidade, uma ventoinha de metal. Quando ligado o gerador, foi observado que a ventoinha girou. Isso se deve por que, com o globo eletrizado, as cargas tendem a procurar uma válvula de escape, e tais elétrons acabam “arrastando” o ar.
Como cargas de mesmo sinal se repelem (assim como observamos no procedimento 4), a ventoinha tende a girar no sentido contrário ao das cargas expelidas pelo globo, e quando há a influência de um corpo eletricamente neutro, no caso o bastão, ela tende a acompanhar seu movimento.
6o Procedimento:
Com o gerador de Van Der Graaf ligado, a aluna Jéssica aproximou seu cabelo do globo do gerador, e o mesmo foi atraído. 
Esse é um processo de indução, que ocorre de maneira simples e parecido com os processos anteriores. É válido lembrar que o(a) participante deve estar com os cabelos soltos e secos. 
O fenômeno acontece por que a participante estava isolada do chão. Com o gerador carregado eletricamente, e partindo do princípio de atração e repulsão de cargas, a carga contida no globo tende a atrair cargas de sinais opostos, e se a força da reação for o suficiente, atrai o “corpo de prova”, no caso, o cabelo.
CONCLUSÃO
REFERÊNCIAS
Física 2: Eletricidade e Magnetismo – Jaime E. Villate, 2012.
www.ifsc.usp.br – Instituto de Física de São Carlos.
www.cienciamao.usp.br – Ciência Mão.
www.ufjf.br – Universidade Federal de Juiz de Fora.