FENÔMENOS ELETROSTÁTICOS (Parte 1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
INSTITUTO DE FÍSICA
FÍSICA LICENCIATURA
RELATÓRIO FENÔMENOS ELETROSTÁTICOS (Parte 1)
MACEIÓ-2014
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
INSTITUTO DE FÍSICA
FÍSICA LICENCIATURA
RELATÓRIO FENÔMENOS ELETROSTÁTICOS (Parte 1)
Relatório dos experimentos de Fenômenos Eletrostáticos, realizado sob orientação do Professor Wandearley da Silva Dias, como requisito avaliativo da disciplina de Física Experimental III.
MACEIÓ-2014
SUMÁRIO
Fundamentação Teórica............................................................................................................03
Objetivos...................................................................................................................................05
Experimento 1.1
Materiais e/ou Equipamentos Utilizados......................................................................................................................07
Procedimentos Experimentais...............................................................................................................07
Resultados e Discussões.....................................................................................................................08
Experimento 1.2 
Materiais e/ou Equipamentos Utilizados......................................................................................................................07
Procedimentos Experimentais...............................................................................................................08
Resultados e Discussões.....................................................................................................................09
Experimento 2
Materiais e/ou Equipamentos Utilizados......................................................................................................................10
Procedimentos Experimentais...............................................................................................................10
Resultados e Discussões.....................................................................................................................11
Experimento 3 
Materiais e/ou Equipamentos Utilizados......................................................................................................................12
Procedimentos Experimentais...............................................................................................................12
Resultados e Discussões.....................................................................................................................13
Experimento 4.1 
Materiais e/ou Equipamentos Utilizados......................................................................................................................16
Procedimentos Experimentais...............................................................................................................16
Resultados e Discussões.....................................................................................................................17
Experimento 4.2
Materiais e/ou Equipamentos Utilizados......................................................................................................................17
Procedimentos Experimentais...............................................................................................................17
Resultados e Discussões.....................................................................................................................18 
Conclusão..................................................................................................................................19
Referências................................................................................................................................20
	
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Cargas elétricas e Campo elétrico
Pode-se dizer que, a eletrostática é a parte da eletricidade que se aplica a estudar mais a fundo a conduta e as propriedades das cargas elétricas (elétrons com carga negativa, prótons com carga positiva, e nêutrons com carga neutra) em repouso de um corpo que ficou de determinado modo eletricamente carregado, ou seja, eletrizado. Portanto esse corpo ganhou ou perdeu elétrons, ficando carregado de forma positiva (perdeu elétrons) ou negativa (ganhou elétrons). Em se tratando de cargas elétricas, é importante mencionar que a ação destas pode provocar um campo de força denominado campo elétrico. 
Em várias oportunidades podemos observar inúmeras demonstrações de força eletrostática, usando objetos simples do nosso cotidiano que comprovam a existência dessa força, como por exemplo uma pessoa que penteia os cabelos, pois se esta após esse processo aproximar o pente á vários pedaços de papel, logo verá que eles serão atraídos por esse simples objeto (força de atração). Isso se deve ao fato de que o pente ao ser passado sobre os cabelos acabou sendo eletrizado por atrito, e ao ter contato com os pedacinhos de papel separou suas cargas repelindo as que tinha em comum e atraindo as que tinha de diferente. Este é apenas um exemplo de eletrização por atrito que, juntamente com eletrização por indução e eletrização por contato formam os três tipos de eletrização.
Corrente elétrica
Ao atrelar um fio condutor a uma bateria, dar se início à um movimento ao longo do condutor: os elétrons livres vão do pólo (+) ao pólo (-), realizando um movimento das cargas elétricas através do condutor, então surge a carga elétrica. Ao caminho ordenado percorrido por partículas que possuem carga elétrica damos o nome de Corrente Elétrica.
Polarização de cargas
Podemos ainda, separar as cargas em um corpo condutor, através de um processo de indução elétrica, no qual aproxima-se um corpo com cargas indutoras de um corpo neutro, logo os elétrons livres deste corpo sofrerão a ação de forças elétricas mais intensas, e por isso serão repelidos para o mais longe possível, causando a existência de dois pólos, um com falta de elétrons (+) e o outro com excesso(-), a esse processo damos o nome de Polarização de cargas.
O Poder das Pontas
Quando existe excesso de carga elétrica em determinado corpo condutor, ocorre uma distribuição em sua superfície externa, na qual os elétrons se concentram mais nas regiões pontiagudas. Devido às extremidades serem áreas mais curvas, a eletricidade se concentra melhor nelas, ou seja, as pontas acumulam melhor a energia.
OBJETIVOS
Observar as características de corpos carregados eletricamente e a natureza da interação entre os mesmos. 
Experimento 1
Material Utilizado
Material
Canudos de plástico
Folhas de Papel áspero e secas
Procedimento Experimental 1.1
Selecionamos um canudo de plástico, o encostamos na parede para tentar grudá-lo, entretanto não obtivemos sucesso, pois este ficava completamente ante-aderente. Após este ocorrido, atritamos novamente o canudo no papel toalha para eletrizá-lo, desta vez depois do processo de eletrização logo foi possível fixar o canudo a parede. 
Figura 1: Canudo fixo à parede.
Fonte: Castro, Lilith, 2014.
Resultados e Discussões
Este processo ocorreu graças ao fenômeno de “Polarização de Cargas Elétricas”, pois quando aproximamos as cargas negativas do canudo na parede, os elétrons livres sofreram a ação de forças mais intensas e foram afastados para o mais longe possível, constituindo dois pólos com cargas elétricas contrárias, um pólo com falta e outro com excesso de elétrons, ou seja, por causa do excesso de elétrons, formou-se dipólos na parede com o pólo (+) com falta de elétrons voltado para as cargas negativas do canudo. Devido a atração entre as cargas negativa do canudo e positiva da parede, obtivemos o efeito de aderência.
Procedimento Experimental1.2
Selecionamos dois canudos não eletrizados e os deixamos paralelos e demonstramos que é possível encostar suas extremidades uma na outra, pois ambos estavam neutros. Em seguida, atritamos ambos, um de cada vez no papel toalha para eletrizá-los. Contudo, foram eletrizados do mesmo modo, ou seja, apresentavam excesso do mesmo tipo de carga, logo cargas iguais se repelem, quando os deixamos paralelos e ao tentarmos tocar suas extremidades uma na outra, pela força de repulsão não obtivemos êxito.
Figura 2: Aproximação dos canudos paralelamente.
	
 
 
Fonte: Dias, W. S., 2014
Resultados e Discussões
Sabemos que existem exatamente três tipos de eletrização: atrito, indução e contato. Neste experimento provamos a força de repulsão de dois corpos feitos do mesmo material (canudos) e que por consequência foram eletrizados com o mesmo tipo de carga(negativa), como bem sabemos cargas iguais se repelem, e devido este fato, quando tentamos tocar suas extremidades uma na outra, fracassamos pois a força de repulsão não nos permitiu outro resultado.
Figura 3: Canudos eletrizados com a mesma carga.
Fonte: Castro, Lilith, 2014.
Experimento 2
Material Utilizado
	Material
	
	Quantidade
	Tubo de cola;
	
	1
	Canudo de plástico;
	
	4
	Linhas de costura;
	
	
	Pequeno disco de papel alumínio;
	1
	Estrutura Base para montagem
Folhas de Papel áspero e secas;
	
	
	
	
	
	
Procedimento Experimental
Colamos no disco de papel de alumínio um pedaço da linha de costura. 
Prendemos o canudo de refresco na base de madeira de maneira que ficasse em forma de “L” (ver figura 4). 
Suspendemos o fio pela extremidade livre e o penduramos no canudo de refresco dobrado em “L”. 
Seguramos o outro canudo de plástico por uma extremidade e esfregamos o outro extremo com o papel. 
Aproximamos este canudo do pêndulo e observamos o que ocorreu.
Deixamos o canudo tocar o disco de alumínio e observamos o que ocorreu.
Tocamos o disco de alumínio com o dedo e repetimos o item anterior. 
Figura 4: Montagem do suporte do pêndulo eletrostático.
 
	
 
Fonte: Dias, W. S., 2014.
Resultados e Discussões
Neste experimento, ocorreu um fenômeno que podemos chamar de indução eletrostática, no qual houve uma reorientação dos dipólos elétricos fazendo com que as cargas do nosso pêndulo se reorganizassem ficando cargas negativas o mais longe possível das positivas. Como sabemos pela série triboelétrica, o canudo estava eletrizado negativamente, deste modo, atraiu a parte do pêndulo onde estavam concentradas as cargas positivas, por meio disto e levando-se em consideração que cargas opostas se atraem, pudemos entender o motivo pelo qual o canudo atraiu aquela extremidade do pêndulo.
Experimento 3
Material Utilizado
	Material
	Quantidade
	Esferas condutoras com suporte isolante;
	2
	Fios para ligações;
	2
	Fonte de alta tensão;
	1
	Alfinetes
	2
	Vela, caixa de fósforos e fita adesiva
	1
	Fiapos de Algodão
	
	
	
Procedimento Experimental
Ao o ligarmos a fonte de alta tensão, ligamos cada pólo a uma esfera condutora isolada que estavam posicionadas com certa distância um da outra, com seus alfinetes (já fixados nas esferas com fita adesiva) virados para direções diferentes, percebemos que nada demais ocorreu. Em seguida, após desligarmos a fonte de alta tensão, nós as aproximamos e quando ligamos a fonte de alta tensão percebemos uma descarga elétrica entre ambas (como na figura 5a). 
Figura 5: Descarga elétrica entre duas esferas condutoras ligadas a uma fonte de alta tensão. Em (a) temos a descarga entre as superfícies lisas e em (b) temos a descarga entre superfícies pontiagudas, mostrando o poder das pontas. Em (c) observa-se o fenômeno do vento-elétrico.
Fonte: Dias, W. S., 2010.
Logo após, desligamos novamente a fonte de alta tensão e ajustamos as esferas virando o alfinete de uma das esferas na direção da outra e novamente percebemos a descarga maior. Depois, com a fonte de alta tensão novamente desligada, posicionamos os alfinetes de ambas as esferas de frente um para o outro com a mesma altura (como na figura 3b) e presenciamos a descarga ainda mais forte (para observar melhor, apagamos as lâmpadas, pois deste modo ficava mais evidente). Dando sequência ao nosso experimento, utilizamos uma vela que colocamos acesa abaixo da corrente entre as duas esferas e observamos o que aconteceu (como na figura 3c). Pudemos analisar que, quando a chama se aproximava da descarga ficava de certo modo na posição horizontal. Para finalizar, pegamos os pedaços de linha e realizamos três procedimentos: tentamos encostá-los nas esferas, mas não obtivemos êxito, pois assim que se aproximavam, a linha era repelida. Em seguida seguramos uma das extremidades da linha e colocamos a outra em contato com uma das esferas, assim obtivemos um resultado muito diferente do anterior, essa extremidade foi atraída e foi aderida rapidamente. Por fim repetimos o procedimento anterior fixando ambas as extremidades em cada uma das esferas, criando uma espécie de ponte entre elas.
Resultados e Discussões
No início do experimento com as esferas a certa distância uma da outra, ao ligarmos a fonte de alta tensão e ligarmos um pólo a cada esfera, nós as tivemos carregadas uma positivamente e outra negativamente e não vimos acontecer nada, isso se deve ao fato de que havia um espaço significativo entre ambas, o qual não permitiu que houvesse a descarga elétrica. No entanto, quando as aproximamos fizemos com que o ar que estava entre elas não resistisse, e pudemos enfim perceber uma descarga elétrica no ar (a qual vimos melhor no escuro, este fenômeno se assemelhou bastante com um raio que é descarregado na terra.
Figura 6:Momento em que ocorreu a descarga elétrica.
Fonte: Castro, Lilith, 2014.
Este fenômeno ocorreu devido ao fato de que determinados materiais que não eram condutores, no campo elétrico muito intenso serem ionizados. Com relação ao momento em que viramos um dos alfinetes apontado para a outra esfera, trabalhamos com algo que recebeu o nome de “Poder das Pontas” (diz respeito à o simples fato das cargas elétricas terem uma facilidade maior de entrar e sair de lugares ponteagudos), o alfinete que estava grudado na esfera era o condutor eletrizado no qual as cargas elétricas se concentram em sua ponta, fazendo com que o campo elétrico nessa área ficasse mais intenso aumentando a força elétrica das cargas, facilitando a descarga elétrica no ar. Contudo, quando viramos ambos os alfinetes um para o outro, o poder das pontas pode agir melhor pois ficou mais intenso, fazendo com que pudéssemos observar a descarga de modo melhor do que nos casos anteriores.
Figura 7: Esferas com seus alfinetes direcionados um ao outro.
 
Fonte: Castro, Lilith, 2014.
Quando aproximamos a linha de algodão na esfera, a esfera eletrizou a linha em processo que chamamos de “eletrização por contato”, neste caso específico, quando um corpo neutro é carregado eletricamente por contato com um outro corpo carregado(neste caso a linha de algodão em contato com a esfera) recebe o mesmo tipo de carga, logo cargas iguais se repelem, ou seja, quando realizamos o contato entre a linha e a esfera, a linha acabou ficando eletrizada com a mesma carga da esfera, e isso fez com que ela fosse repelida.
Após realizarmos o procedimento anterior, puxamos a linha para próximo da outra esfera, desta vez a linha não foi repelida pois esta serviu de ponte entre as duas esferas, conduzindo elétrons da esfera carregada positivamente para a esfera carregada negativamente, tornando assim aquele ponto uma descarga elétrica constante. 
Figura 8: Fios de algodão com suas estremidades atraídas por ambas as esferas.
Fonte: Castro, Lilith, 2014.
Como bem sabemos, o ar tem partículas e estaspor sua vez quando próximas de um corpo carregado se carregam também, ou seja, o ar ao redor do corpo ficou carregado e essas cargas foram atraídas para o corpo de forma que arrastou o ar, por isso que a chama da vela se inclinou.
Experimento 4
Material Utilizado
	
Material
	Quantidade
	 Gerador de Van der Graaff;
	1
	Base de eletroscópio;
	1
	Par de pêndulos eletrostáticos.
	1
	
	
Procedimento Experimental 4.1
Observamos o professor ligar o gerador de Van der Graaff, e passados alguns segundos o professor aproximou o bastão teste ligado ao fio terra da estrutura metálica (“cabeça”) do gerador de Van der Graaff. Com certa distância vimos o professor apresentar uma base de eletroscópio com uma agulha. Em seguida o professor aproximou a base de eletroscópio com a agulha e o colocou ao lado do gerador de Van Der Graaff.
Figura 9: Eletroscópio ao lado do Gerador de Van Der Graaff.
Fonte: Castro, Lilith, 2014.
Resultados e Discussões
No instante em que o professor colocou o eletroscópio ao lado do gerador, pudemos rever outro caso de atração por indução eletrostática, no qual a agulha foi atraída pelo Gerador de Van Der Graaff quando esta sentiu forças elétricas do gerador fazendo om que ocorresse mais uma vez este fenômeno.
Procedimento Experimental 4.2
Observamos que o professor posicionou duas bases isolantes próximas ao gerador de Van der Graaff. Com o gerador desligado o professor convidou três alunas, uma por vez, para que subissem nestas bases isolantes e tocassem com as duas mãos na estrutura metálica (“cabeça”) do gerador de Van der Graaff. Prestamos bastante atenção na recomendação do professor para as alunas que aceitaram o convite: Após o início do funcionamento do gerador, não tirassem as mãos da estrutura metálica enquanto não fosse recomendado pelo professor! Desta forma quando acionado o gerador, os elétrons percorreram todo corpo das estudantes, até as extremidades de seus pêlos, fazendo assim com que seus fios de cabelos ficassem levitando no ar.
Figura 10: Apresentação do Gerador de Van Der Graaff.
Fonte: Dias, W. S., 2014
Resultados e Discussões
Quando as estudantes colocaram suas mãos sobre o gerador e seus pés sobre as bases isolantes, levando em consideração que o corpo do ser humano é constituído em grande parte por água, e esta por sua vez é um ótimo condutor, quando as estudantes entraram em contato com o gerador e este foi acionado, estando elas isoladas e não tendo como aterrar a eletrização, seus corpos foram fortemente eletrizados, entretanto a parte mais leve e que pôde demonstrar melhor o efeito da eletrização foram seus fios de cabelo, e estando eletrizados com a mesma carga pela força de repulsão, os fios fizeram o possível para se afastar uns dos outros, e quando isso ocorreu, pudemos presenciar o efeito de fios levitando no ar. 
CONCLUSÃO
Por meio dos experimentos pudemos ver os efeitos que vários tipos de eletrização podem ocasionar. No experimento 1.1 vimos um canudo que após ser eletrizado por atrito realizou um outro processo chamado de indução eletrostática ao ser aproximado da parede. No experimento 1.2 pudemos ver a repulsão entre dois corpos de mesmo material que foram eletrizados com a mesma carga. No experimento 2 vimos outra demonstração do canudo eletrizado por atrito causando atração pelo fenômeno de indução eletrostática. No experimento 3 das Esferas carregadas pudemos aprender mais sobre o rompimento da rigidez elétrica do ar, que se assemelha ao efeito dos raios que já conhecíamos, e sobre o poder das pontas que pudemos entender ainda melhor. E por fim, o experimento 4 do famoso Gerador de Van Der Graff que nos proporcionou a experiência de conhecê-lo mais de perto e de nos aprofundarmos mais em seus conceitos e ainda sobre o efeito que causou na agulha do eletroscópio atraindo-a.
 
REFERÊNCIAS
HALLIDAY, DAVID, “Fundamentos de física”, 8ª edição, vol.3. Rio de Janeiro: LTC Livros Técnicos e Científicos Editora S.A.
< http://www.if.ufrgs.br/fis/EMVirtual/cap1/cargas.htm>
<http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/cargas.ph>
<http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_T04.asp>