Relatorio 1 Gerador de Van Graff Final

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
Campus Sulacap
	
Marcos Olavo da Silva
Daniel Alexandre Pontes da Silva
Jennifer Ribeiro Diniz Ramos
Priscilla Beserra
EXPERIÊNCIA 1 - Gerador de Van der Graaf
	
	Relatório apresentado ao professor Walace Pacheco, do curso de Graduação em Engenharia, Turma xxxx (3ªfeira 20:50), da Universidade Estácio de Sá Campus Sulacap como requisito parcial para avaliação da disciplina de Física Experimental 3. 
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Rio de Janeiro
Setembro/2016
1. INTRODUÇÃO
Robert Jemison Van der Graaf foi um físico e criador de instrumentos da Universidade de Princeton, mas nesse trabalho daremos importância a somente um desses instrumentos que por ele foram criados.
 
 Em 1929, depois de retornar aos Estados Unidos para participar do Laboratório de Física Palmer na Universidade de Princeton, criou no final do ano o primeiro modelo de gerador eletrostático onde alcançou 80.000 volts.
 
 O Gerador eletrostático consiste em uma correia de material isolante usada para transportar cargas elétricas que são acumuladas em uma esfera metálica, Esta correia é movimentada por um pequeno motor. Existem dois pentes metálicos, que respondem pela troca de carga entre a terra e a correia, na parte de baixo e entre a correia e a esfera metálica, na parte de cima. Foi criado com o propósito de produzir uma diferença de potencial muito alta (da ordem de 20 milhões de volts) para acelerar partículas carregadas que se chocavam contra blocos fixos.
 
2. OBJETIVOS 
Visualizar a existência das linhas de força através do mapeamento de campo elétrico gerado pela produção de uma tensão. Isso ocorre porque o gerador de Van der Graaf - GVDG- trabalha no princípio de tensões muito altas e correntes muito baixas, ocasionando uma eletricidade estática que pode ser descarregada rapidamente a outro corpo com potencial elétrico diferente, como um raio.
3. MATERIAIS
Um domo ou cúpula de descarga
Uma coluna de apoio
Dois roletes (superior e inferior)
Dois pentes metálicos (superior e inferior)
Uma correia transportadora
Uma base para alojar o motor elétrico, fixar a coluna e o pente inferior.
Cabos Pino banana
Papel picado
Hélice preso a suporte
Terminal condutor de descarga boleado
Lâmpada Fluorescente 
4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS E QUESTIONÁRIO
No experimento da lâmpada fluorescente, a lâmpada foi aproximada do Gerador de Van Graff, a transferência de elétrons faz com que esses se choquem com as moléculas de gás mercúrio contidas no tubo, o que produz não só a excitação como também a ionização dos átomos. Ionizados, os átomos do gás são acelerados pela diferença de voltagem entre os terminais do tubo e, ao se chocarem com outros átomos, provocam outras excitações. O retorno desses átomos ao estado fundamental ocorre com a emissão de fótons de energia correspondente a radiações visíveis e ultravioleta invisível. A radiação ultravioleta, ao se chocar com o revestimento fluorescente do tubo (fósforo), produz luz visível. Nesse caso, como a corrente de elétrons não é contínua, observou-se apenas rápidos clarões.
Ligue o Gerador Van de Graaff e após algum tempo coloque sobre a cúpula tiras de papel alumínio, aproxime o bastão à cúpula do gerador próximo a tiras de papel e o movimente. 
O que acontece? Quanto mais próximo do gerador, melhor é o resultado obtido. Por que isso acontece?
Resposta : As tiras de alumínio tenderam a movimentar-se na direção radial da esfera no sentido de afastamento. Esse processo é conhecido como eletrização por contato, ocorrendo assim uma transferência parcial da carga elétrica devido à diferença de potencial elétrico existente entre os pólos. O funcionamento do gerador gera um campo elétrico, e este através de condução irá carregar eletricamente as fitas de alumínio que estão fixadas nele. Devido ao fato das tiras ficarem carregadas com a mesma polaridade do globo, elas se afastam da superfície da esfera. Como a distribuição de cargas tem simetria esférica, a direção do campo elétrico é radial, ou seja, perpendicular à superfície da esfera. Não é possível saber, entretanto, a polaridade do campo elétrico, uma vez que, sendo ele positivo ou negativo, as tiras irão se repelir de qualquer maneira. No entanto, percebemos que devido o campo gravitacional, as tiras que tinham maior massa tiveram maior resistência em relação ao campo elétrico, mas se fosse desprezado a força peso, as tiras seguiriam na direção radial em sentido perfeito.
1.1 Qual é o módulo do campo elétrico no interior da cúpula do gerador Van der Graaff?
De acordo com as leis da eletrostática, todas as cargas elétricas rapidamente se deslocam para sua 
superfície externa, se espalhando de modo com que o campo elétrico se torne nulo no interior da cúpula, 
ou de outros condutores. Esse fenômeno é conhecido como Blindagem Eletrostática.
2 - Solte próximo à cúpula um fiapo de algodão e em seguida faça a mesma experiência, mas aproximando o braço da cúpula do gerador. 
2.1) O que acontece? Explique.
 Nesse experimento o papel, cada papel picado fica polarizado com positivamente ( + ) e outros ficam polarizado negativamente ( - ), quando ligamos o gerador temos um campo elétrico regido ( + ) logo todos os papeis picados que estiverem polarizado igual ao campo ( + ) papel ( + ) essa é a condição para o confete sair voando, caso seja campo ( + ) papel ( - ) haverá uma atração de pois polos diferentes se atraem.
3 - Procure alguém do seu grupo que esteja com o cabelo seco e que seja longo e peça a esta pessoa para colocar a palma da mão sobre a cúpula do gerador. 
3.1 ) Repare o que acontece com o cabelo dessa pessoa. Explique.
Nesse experimento a Aluna Ana tocou o Gerador e agitou os cabelos, Quando o gerador Van de Graaff começa a carregar, ele transfere a carga para quem o estiver tocando (ANA). Como os folículos capilares dela estavam sendo carregados com o mesmo potencial, eles tentam repelir uns aos outros. É por isso que os cabelos ficaram em pé. Não faria diferença se a polaridade do gerador fosse invertida. Enquanto a Ana estiver isolada, a carga vai aumentar, presumindo, logicamente, que o cabelo esteja limpo e seco. 
4 - Deixe cair alguns pedaços de papel picado sobre a bancada em seguida coloque uma das mãos na cúpula do gerador, ligue o aparelho e aproxime a outra mão do papel picado e observe o ocorrido. 
4.1) Explique o fato em termos de distribuição de cargas.
Quando colocamos a mão na cúpula do gerador a outra mão fica com a mesma carga da cúpula (-), ao aproximar a mão do papel picado, os papéis que tem a carga oposta(+) são atraídos para a mão e os papéis que tem a carga igual (-) são repelidos.
5. Conecte a esfera de descarga do bastão à base do Gerador através do cabo de pressão. Ligue o gerador e aproxime a o bastão ao Gerador. 
5.1) Observe o experimento fazendo variar a distância e procure justificá-lo.
 
Resposta: 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. Quando o bastão era aproximado a frequência da descarga era mais rápida e quando afastava o bastão essa frequência diminuía chegando ao ponto de não ter mais descargas quando era afastado de mais.
5.2) Se a umidade do ar na hora do experimento for alta, isso ajuda ou atrapalha? Por quê? 
Resposta: Ajudaria, pois seria formado um caminho com baixa resistência facilitando o equilíbrio do potencial entre os pontos.
5.3) Justifique o ruído e a cor azulada verificados durante a descarga elétrica ocorrida no ar. 
Resposta: 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. Essadescarga produz assim uma faíca luminosa e violenta.
5.4) Como denominamos o ruído e o clarão de cor azulada que surgem durante a descarga quando o fenômeno ocorre na natureza?
Resposta: É denominado raio e trovão.
6 -Conecte à cúpula do gerador um eletroscópio, ligue o aparelho por alguns instantes e torne a desligá-lo. 
6.1) Justifique o observado em termos de distribuição de cargas.
Resposta: Foi introduzido o eletroscópio de folhas (eletrodo com gancho), na parte superior da cuba cilíndrica. Em sua extremidade foi presa a lamina de alumínio dobrado ao meio na haste do eletroscópio e utilizamos os cabos de cobre com garras do tipo jacaré para fazer a conexão e ligamos o Gerador de Van der Graaff e percebemos que a tira de papel laminado parecia se separar. Ela adquire uma determinada carga. Estando este corpo dobrado, ele fica dividido em partes. Por este motivo estas partes, por pertencerem ao mesmo corpo e possuírem a mesma carga, se repelem. 
7 - Deixe cair alguns pedaços de algodão, sobre o gerador e observe o ocorrido. 
7.1) Explique porque o algodão quando jogado na cúpula, é rapidamente atraído e logo em seguida repelido.
Resposta: Quando o algodão é atraído pela cúpula do gerador, é devido ao fato do gerador estar com uma carga diferente ao do algodão, quando o algodão encosta na cúpula ele transfere a carga para a cúpula, e depois de transferir essa carga oposta o algodão passa a ter a mesma carga da cúpula sendo assim repelido. 
8. 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 fique na horizontal). 
8.1) Descreva o funcionamento do torniquete elétrico em função do poder das pontas, da ionização das moléculas de ar e da terceira lei de Newton.
Resposta: No procedimento do torniquete, observou-se que ele começou a girar. Isto pode ser explicado da seguinte maneira: nas pontas eletrizadas do torniquete o ar se ioniza, ocorrendo repulsão entre os íons e as pontas de carga de mesmo sinal, determinando a rotação do torniquete em sentido contrário aos das pontas e com velocidade elevada.
9.1) Cite três partículas fundamentais do átomo com o valor e o sinal de suas cargas elétricas. 
Os átomos são formados por partículas fundamentais denominadas prótons, elétrons e nêutrons.
	 
	Carga Relativa
	Massa Relativa
	
	
	
	PROTON
	1
	1
	NEUTRON
	0
	1
	ELETRON
	-1
	1/1836
9.2) O que você entende por carga elétrica? 
Resposta: Carga Elétrica é uma propriedade física fundamental que determina as interações eletromagnéticas. Esta carga está armazenada em grande quantidade nos corpos ao nosso redor, mas a percepção dela não ocorre facilmente. Convenciona-se a existência de dois tipos de carga, a positiva e a negativa, que, em equilíbrio, são imperceptíveis. Quando há tal igualdade ou equilíbrio de cargas num corpo, diz-se que está eletricamente neutro, ou seja, está sem nenhuma carga líquida para interagir com outros corpos. Um corpo está carregado eletricamente quando possui uma pequena quantidade de carga desequilibrada ou carga líquida. Objetos carregados eletricamente interagem exercendo forças, de atração ou repulsão, uns sobre os outros. A unidade de medida da grandeza carga elétrica no Sistema Internacional de Unidades é o Coulomb, representado por C, que recebeu este nome em homenagem ao físico francês Charles Augustin de Coulomb.
9.3) Explique eletrização por atrito, por condução e por indução. Explique cada uma no observado anteriormente.
Eletrização por atrito: Quando dois corpos inicialmente neutros são atritados, se eletrizam e, em virtude do atrito ocasionado, um corpo ficará com carga positiva e o outro com carga negativa.
Eletrização por condução: Quando dois corpos (um eletrizado e outro inicialmente neutro) entram em contato, o corpo neutro fica com a mesma carga do eletrizado.
Eletrização por indução: Quando dois corpos (um eletrizado e outro inicialmente neutro) entram em contato, o corpo neutro fica com a mesma carga do eletrizado.
6. CONCLUSÃO
 O Gerador eletrostático do tipo Van der Graaff consiste em um aparelho onde existe uma correia de material isolante usada para transportar cargas elétricas que são acumuladas em uma esfera metálica, Esta correia é movimentada por um pequeno motor. Existem dois pentes metálicos, que respondem pela troca de carga entre a terra e a correia, na parte de baixo e entre a correia e a esfera metálica, na parte de cima. Suponha que haja transferência de cargas negativas do pente inferior aterrado. Esta transferência se dá pelo arrastamento da camada de ar que fica entre o pente e a correia. Neste caso o pedaço da correia que está se atritando fica com excesso de cargas positivas. Este pedaço de correia "caminha" até o topo do aparelho, onde se encontra o pente superior, que está ligado internamente à esfera metálica. Neste ponto há transferência de cargas negativas da esfera para a correia, através do pente (Poder das Pontas), de modo a neutralizar as cargas positivas que chegam pela correia isolante. As cargas negativas, que passam da esfera para a correia, deixam atrás de si, na esfera, um excesso de cargas positivas e, assim, o terminal (esfera metálica) começa a acumular cargas positivas que dão origem a diferenças de potencial de milhares de volts. O nosso gerador é capaz de gerar faíscas elétricas de 240 milimetros, o que corresponde a tensões superiores a 240.000 Volts. O gerador de Van de Graaff produz diferença de potencial da ordem de muitos milhões de volts. Um feixe de partículas energéticas pode ser produzido, permitindo-se que partículas com carga, tais como elétrons ou prótons, caiam através dessa diferença de potencial. Na medicina tais feixes são largamente usados no tratamento de certos tipos de câncer. Na física, feixes de partículas aceleradas podem ser usados numa variedade de experiências de fragmentação de átomos.
7. REFERÊNCIAS
[1] TIPLER, Paul A.; Física para cientistas e engenheiros. 3ª edição, LTC editora S.A., Rio de Janeiro, 1995.
http://www.brasilescola.com/fisica/processo-eletrizacao.htm
http://www.cepa.if.usp.br/e-fisica/moderna/universitario/cap02/cap2_06.php 
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/leidecoulomb.php