LAB. FÍSICA III RIGIDEZ DIELÉTRICA

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RELATÓRIO EXPERIMENTAL
 A RIGIDEZ DIELÉTRICA E A EXTENSÃO DA CENTELHA NO GERADOR VAN DER GRAAFF.
ALUNO: FELIPE DE SOUSA SANTOS 20151124005
PROFESSOR: LUCIANO FEITOSA Lab. de Física III
Resumo:
Este experimento tem como objetivo, reconhecer que a descarga produzida pelo gerador depende do campo elétrico necessário para romper a rigidez dielétrica do meio, e determinar o potencial elétrico fornecido pelo gerador. Avaliamos também a extensão da centelha produzida pelo gerador. Quando o Gerador de Van Der Graaff está em funcionamento e aproximamos a esfera menor da cabeça do aparelho surgem descargas elétricas e estalos. Quando ocorre a descarga através da formação de um fino canal ionizado no ar, o ar no interior desse canal atinge temperaturas muito elevadas, de milhares de graus Celsius. Esse mesmo ar no interior do canal estava na temperatura ambiente antes da descarga e, portanto há uma rapidíssima elevação da temperatura do gás dentro do canal no momento da descarga.
Introdução
Neste relatório será apresentando a disposição de duas esferas metálicas que serão submetidas a uma diferença de potencial.
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.
O gerador de Van de Graaff é uma máquina eletrostática que foi inventada pelo engenheiro americano, descendente de holandeses, Robert Jemison 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.
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 na correia são o acrílico ou o PVC. Os roletes são de materiais diferentes, ao menos um deles condutores(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 continuam 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.
Materiais Utilizados:
Gerador eletrostático
Esfera auxiliar de descarga
Conexão preta e vermelha com pinos de pressão
Figura 01:
 
Procedimentos e andamento da atividade
* Meça o raio da esfera:
* Medida do potencial na superfície externa da esfera do gerador:
* O potencial máximo a que pode ser submetida uma esfera carregada depende do valor do campo elétrico a partir do qual o meio que a circundas torna condutor (ruptura dielétrica). Para o ar, sob determinadas condições atmosféricas é de aproximadamente Vmáx=3x106v/m:
* Empregando a expressão Vmáx=R.Emáx, determine o potencial máximo a que o gerador pode ser submetido.
Avaliação da extensão da centelha produzida pelo gerador e fatores intervenientes
Conecte o borne preto da base do gerador á esfera menor:
Aproxime a esfera menor da esfera maior e observe se ainda esta ocorrendo descargas elétricas. Avalie visualmente a que distancia cessou a emissão de centelhas:
Que fatores influenciaram na extensão das centelhas produzidas?:
Se a esfera maior estivesse envolta por outro gás que não o ar, as centelhas poderiam ser maiores?:
Dados Experimentais
Tabela 01, medidas da esfera oca:
	ESFERA OCA
	
	DIAMETRO
	24 cm
	RAIO
	12 cm
Tabela 02, dados obtidos:
	Raio
	12 cm
	Emáx
	3x106v/m
	Vmáx
	R.Emáx
Análise dos Dados
Sabemos que o potencial máximo a que pode ser submetida uma esfera carregada depende do valor do campo elétrico a partir do qual o meio que a circundas torna condutor (ruptura dielétrica). Para o ar, sob determinadas condições atmosféricas é de aproximadamente Vmáx=3x106v/m:
Empregando a expressão Vmáx=R.Emáx, temos que:
Vmáx=12cm.3x106v/m
Vmáx=0,12m.3x106v/m
Vmáx=12x10-2.3x106v
Vmáx=36x104v
Avaliação da extensão da centelha produzida pelo gerador e fatores intervenientes
Figura 02:
Com o experimento (gerador de Van der Graaff), ligado e funcionando perfeitamente, notamos que, ao aproximar a esfera menor da esfera maior a uma distância DE 2cm (dois centímetros), inicia-se o centelhamento. 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.
Ao afastar a esfera menor gradualmente, observamos que a uma distância superior a 2cm (dois centímetros), cessou o centelhamento.
Um dos fatores que influenciaram na extensão das centelhas produzidas foi a distância.
Se a esfera maior estivesse envolta por outro gás mais denso que o ar, as centelhas poderiam ser maiores.
Conclusão
Pode-se concluir que o experimento atingiu o objetivo proposto para o aprendizado, de forma que através de uma configuração simples conseguiu-se visualizar com clareza a formação de faíscas, podendo assim comprovar na prática o que foi proposto pela teoria estudada. O ar tem uma resistência muito alta, impedindo que a corrente passe por ele. Mas para tensões muito altas (como exemplo, um raio) o ar vira um condutor. Comportamento semelhante de um material dielétrico. Um gerador de Van de Graaff produz uma tensão alta o suficiente para "atravessar" o ar.
Referências
HALLIDAY, D., Resnick, R. Walker, J - Fundamentos de Física 3 
 http://www.passeiweb.com/estudos/sala_de_aula/fisica/gases_ 
 http://www.mundoeducacao.com/fisica/a-rigidez-dieletrica.htm 
https://www.google.com.br/search?q=gerador+de+van+der+graaf
https://pt.wikipedia.org/wiki/Gerador_de_Van_de_Graaff
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