Relatorio 2

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Objetivo
Compreender o conceito de carga elétrica utilizando o Gerador de Van de Graaff, através da Lei das Pontas, Gaiola de Faraday e Vento Elétrico
Introdução
Gerador de Van de Graaff
O gerador de Van de Graaff é um dispositivo eletrostático de corrente constante e tensão variável que foi inventado pelo engenheiro estado-unidense 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 terminal pode atingir um potencial a cerca de milhões de Volts, ao tratar de experimentos de física atômica.
O princípio de funcionamento do gerador consiste em um terminal de alta tensão formado por uma correia, uma cúpula, um motor, dois roletes, uma coluna de apoio e uma base para montar. Ao ligar o motor, o sistema gira o rolete inferior, o interior do rolete adquire uma carga negativa e o interior da borracha adquire uma carga positiva. Essa carga positiva atrai a carga negativa, mas elas não se juntam porque a borracha é um isolante elétrico. Com o movimento da borracha, ela transporta as cargas para a cúpula, onde a carga será aniquilada pelo revestimento de papel alumínio do rolete superior e a carga que estava do lado de fora será roubada por uma escova superior que está conectada a cúpula. Essa carga será armazenada continuamente com o funcionamento do moto.
 E como já estudado, sabemos que um corpo eletrizado ao encostar em outro corpo, neutro, este realizará transferências de cargas, mas quando há contato interno, a transferência de carga do corpo que está dentro da cavidade para o corpo externo é integral, mesmo que este corpo já possua uma carga inicial.
Sendo assim, o fato da carga elétrica se transferir integralmente de um corpo para outro, quando há contato interno, constitui o princípio básico de funcionamento do gerador de Van de Graff.
Lei das Pontas
Utilizando-se do gerador e de um torniquete elétrico (objeto constituído por um conjunto de fios metálicos terminados em pontas que são dobradas todas num mesmo sentido e uma haste horizontal) observamos que o mesmo tende a girar livremente, ao ligarmos o gerador. 
Isso decore da ação de liberação de carga, visto que, o torniquete eletrostático de pontas agudas e raio de curvatura pequeno possui a capacidade de liberar ou receber cargas pelas pontas, por terem uma densidade superficial de cargas elétricas maior do que em regiões sem pontas, ao receber a carga acontecerá a ionização do ar e os íons que possuem carga de mesmo sinal que as pontas serão repelidos por elas, fazendo com que o torniquete seja impulsionado para trás.
 Assim evidenciamos o experimento, que consiste em observar o fenômeno da ionização do ar atmosférico através do acumulo de cargas em pontas metálicas.
Vento Elétrico
Para que possamos realizar o experimento que comprove a veracidade do vento elétrico, também denominado de sopro elétrico, necessitaremos de uma vela, de um corpo metálico que apresente ou não uma ponta afilada, de um suporte isolante para apoiar o corpo metálico e um gerador de cargas elétricas (Van de Graaff).
Ao aproximarmos a vela acessa ao gerador, ligado, observamos uma singela inclinada para o lado oposto, como se ali houvesse um vento que interagisse com a vela. A justificativa para tal evento é que a ponta do corpo metálico, haste presa ao gerador, é fina e faz com que o ar ionize, pois ele possui uma alta densidade de cargas que gera um intenso campo elétrico na região, assim liberando íons negativos em direção à chama da vela.
Gaiola de Faraday e Blindagem Eletrostática
Um corpo condutor ao ser eletrizado suas cargas são distribuídas por sua superfície, isso ocorre, pois, cargas de mesmo sinal tendem a se repelir até atingirem o equilíbrio eletrostático. Se um condutor estiver em um local que possua um campo elétrico, causado por um agente externo, e não estiver carregado, o seu interior ficará livre da ação deste campo externo. Portanto teremos um condutor com cargas distribuídas uniformemente em sua superfície, um condutor eletrostaticamente blindado.
No ano de 1936 um dos pioneiros nos estudos da relação entre eletricidade e magnetismo, o físico britânico Michael Faraday, provou a autenticidade dos efeitos da blindagem com o experimento conhecido por “Gaiola de Faraday”. O equipamento consiste de uma gaiola de metal carregada por um gerador eletrostático de alta voltagem. E para eficácia de seu experimento, o físico adentrou a recente criação e lá sentou-se em uma cadeira feita de material isolante enquanto a gaiola recebia descargas elétricas, e o final nada havia lhe acontecido, assim comprovando quão seguro é o interior do condutor.
Um exemplo cotidiano da excelência na blindagem eletrostática é o automóvel, que serve de abrigo em dias chuvosos e com alto índice de descargas elétricas proveniente de raios. Ao ser atingido, não serão os pneus os heróis da história e sim sua estrutura metálica, pois os pneus após sofrerem a alta voltagem dos raios, de isolantes, passariam nesse caso a se comportar como se fossem condutores, permitindo a passagem das cargas elétricas, já a estrutura metálica as espalhará por sua superfície, de forma homogenia, conseguintemente anulando qualquer interferência no interior do carro, assim abrigando a todos ali presentes. 
Aplicações na Engenharia Civil
A premissa dos para raios é a blindagem eletrostática, estes são sistemas de proteção contra descargas elétricas. A instalação é composta por elementos de captação, condução e aterramento das descargas elétricas e são responsáveis pela proteção das construções contra os raios.
Na construção civil também podemos contar com tubos metálicos flexíveis mono agrafado, fabricados com fitas de aço galvanizado (MG-G), zincado (MG-Z) ou inox (MG-I) que proporcionam eficácia na proteção mecânica de fios e cabos elétricos, oferecendo excelente flexibilidade e blindagem eletrostática.
Material utilizado 
01 Gerador de Van de Graff, ou de correia. 
01 Eletrodo com ponta
01 Torniquete elétrico
01 Vela
01 Fósforo
01 Fita adesiva
01 Papel alumínio
02 Conexões de fios com pino banana
01 Cuba cilíndrica acrílica
01 Indivíduo (aluno)
01 Lâmpada fluorescente
Metodologia
Procedimento experimental nº1 – Vento Elétrico
Fixe o eletrodo na esfera do gerador, e ligue o gerador;
Aproxime a vela acessa próximo a ponto do eletrodo e verifique o que acontece;
Procedimento experimental nº2 – Lei das pontas
Com o eletrodo de ponta fixado na esfera, coloque sobre ele o torniquete elétrico;
Ligue o gerador e observe o que acontece;
Procedimento experimental nº3 – Gaiola de Faraday ou Blindagem Eletrostática
Retira a esfera do gerador e coloque sobre a cuba acrílica;
Prenda tiras finas de papel alumínio na parte exterior e na parte interior da esfera;
Conecte o cabo banana, no gerador e na esfera;
Ligue o gerador e observe o que acontece na parte interior e exterior da esfera;
Procedimento experimental nº4 – 
Colocar uma pessoa devidamente isolada sob uma placa de madeira com as mãos sobre a esfera do gerador;
Ligue o gerador e observe o que acontece;
Procedimento experimental nº5 – 
Ligue o gerador e aproxime uma lâmpada fluorescente da esfera do gerador;
Observe o que acontece;
Resultados e análises
Porque a descarga elétrica possui tonalidade azul? Explique.
A cor da descarga elétrica está associada à composição da atmosfera onde ela ocorre. Como a maior parte da composição do ar é de oxigênio a cor azul da descarga elétrica pode ser justificada pela excitação dos seus elétrons que ao passarem de nível eletrônico liberam energia na cor azul.
O que ocasiona a movimentação da fita colada na esfera do gerador? Explique.
R: Houve eletrização por contato. O funcionamento do gerador gera um campo elétrico, e este através de condução irá carregar eletricamente as fitas de alumínio que estão fixadas nele, e no instante em que os corpos apresentaram cargas de mesmo sinal
a fita se afastará da superfície da esfera, provando o efeito de repulsão elétrica.
O que acontece com a vela acesa quando é aproximada do gerador? Explique.
R: A chama da vela inclinou-se, de forma natural, para o lado oposto ao do gerador. O fato ocorreu devido a influência da ponta fina fixa ao gerador, extremidade a qual aproximamos a vela, que por apresentar uma maior densidade ionizou a região gerando um intenso campo elétrico, desta forma, liberando íons negativos em direção à chama da vela.
Porque o torniquete elétrico gira no sentido horário? Teria como girar no sentido anti-horário? Teria como não girar? Explique.
R: Por que fixo ao gerador, ligado, as cargas elétricas do torniquete tendem a se concentrar em suas pontas e como o campo elétrico próximo a essas regiões do condutor também está eletrizado, ocorrerá uma força de repulsão elétrica entre as cargas, intende-se que ambos possuem cargas de mesmo sinal. Portanto o condutor liberará a carga por suas extremidades, que entraram em atrito com as partículas eletrizadas do ar ocasionando uma força de repulsão, fazendo com que o corpo se impulsione para trás, sentido oposto ao de suas pontas. 
Para obtermos o resultado contrário, alteração do sentido rotacional, devemos apenas mudar o sentido das pontas. 
O princípio do gerador é equivalente a formação dos raios. É verdade que um raio pode tanto cair como subir? Explique.
R: Sim! É comum sermos testemunhas oculares da descarga elétrica entre nuvem e solo, que são os tão comuns raios, ao contrário dos raios ascendentes ou solo-nuvem, que são raros. Este fenômeno ocorre a partir de estruturas muito elevadas, como por exemplo, do alto de um arranha-céu ou de uma antena no topo de uma montanha ou até mesmo a partir de rochas nos altos dessas montanhas, e a justificativa de tal acontecimento deve-se à grande concentração de cargas positivas dentro da nuvem que ao se aproximar das estruturas elevadas atrai as cargas elétricas do solo, que por sua vez possui um acumulo de carga negativa em sua superfície, assim ocasionando uma voltagem entre os dois que conseguintemente produzirá um campo elétrico de valor superior ao da rigidez dielétrica do ar (a rigidez dielétrica é o valor máximo de campo elétrico que um isolante pode suportar sem se tornar condutor).
Porque quando aproximamos um condutor do gerador ouvimos um barulho, quando ocorre o faíscamento? Explique.
R: Inicialmente ambos possuem cargas de potencial diferente, e ao serem aproximados um do outro será realizado a transferência de cargas por indução, estes tendem a equilibrá-las. Portanto ao ocorrer a descarga elétrica, está se propagará em meio ao ar, que neste instante terá sua rigidez dielétrica rompida ocasionando rápido aquecimento e expansão das moléculas de ar ao redor da esfera, assim originando o barulho.
O que aconteceu com o indivíduo quando encostado no gerador em funcionamento? Explique.
R: Ficou com os cabelos arrepiados. Houve repulsão eletrostática, uma vez que, o gerador, negativamente eletrizado, realiza transferência de cargas com o corpo do indivíduo, que, em algum momento ficará carregado negativamente. Como permanecem isolados do chão ambos apresentarão cargas de mesmo sentido, o que por consequência instigará os fios de cabelo, estruturas leves, a se afastarem uns dos outros.
O que acontece com a lâmpada fluorescente quando a aproximamos do gerador ligado? Explique.
R: A lâmpada acenderá. O fato é proveniente da aproximação da lâmpada fluorescente à superfície do gerador, que se encontra com cargas distribuídas sobre sua superfície, assim a carga concentrada no exterior da esfera eletrizada é transferida para os polos da lâmpada, eletrizando o gás em seu interior, que por sua vez estrará liberando energia em forma de luz. Mas, vale lembrar, que a mão do indivíduo limitará a emissão de luz da lâmpada fluorescente.
Conclusão 
A partir de todos os experimentos executados em sala de aula, com o modelo didático do gerador de Van de Graaff, constatamos demonstrações de diversos aspectos dos fenômenos eletrostáticos. 
E através de pesquisas compreendemos que o fato de a carga elétrica se transferir integralmente de um corpo para o outro, quando há contato interno, constitui o princípio básico de funcionamento do gerador de Van de Graaff. Que a curiosa Gaiola de Faraday funciona por blindagem elétrica que protege instrumentos e/ou pessoas colocados em seu interior. E que não existem isolantes perfeitos, sendo que o ar é um ótimo isolante elétrico e pode ser ionizado pelo gerador, sendo assim existe isolamento até certo ponto.
Portanto os ensinamentos adquiridos ao logo do relatório, agregado aos estudos em sala, atingiu o objetivo proposto para o aprendizado.
Bibliografia
UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO: física exp3. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAepfIAC/universidade-federal-maranhao-fisica-exp3> Acesso em: 29 set. 2015.
O "poder das pontas". Disponível em: <http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/carga/poder_pontas/> Acesso em: 29 set. 2015.
Gerador de Van der Graaf / Vento Elétrico. Disponível em: <http://slideplayer.com.br/slide/1591570/> Acesso em: 29 set. 2015.
Queremos saber: fisica.ufc. Disponível em: <http://www.searadaciencia.ufc.br/queremosaber/fisica/oldfisica/respostas/qr0533.htm> Acesso em: 29 set. 2015
Gerador Eletrostático de Van de Graaff. Disponível em: <https://sites.google.com/site/introducaoaengeletrica/gerador-eletrostatico-de-van-de-graaff> Acesso em: 29 set. 2015
O gerador. Disponível em: <http://ciencia.hsw.uol.com.br/geradores-van-de-graaff2.htm> Acesso em: 29 set. 2015
ATIVIDADES EXPERIMENTAIS DOS LIVROS DIDÁTICOS DE FÍSICA: um olhar através dos Parâmetros Curriculares Nacionais. Disponível em: <http://www.biblioteca.pucminas.br/teses/EnCiMat_BarrosPR_1.pdf> Acesso em: 29 set. 2015
Aceleradores de partículas e seus impactos na sociedade. Disponível em: <http://cnpem.br/aceleradores-de-particulas-e-seus-impactos-na-sociedade/> Acesso em: 29 set. 2015
 Eletromagnetismo - Tema 5 - Condutores... Disponível em: <http://eaulas.usp.br/portal/video.action?idItem=5911> Acesso em: 29 set. 2015
http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/carga/poder_pontas/ 
http://www.mundoeducacao.com/fisica/gaiola-faraday.htm 
http://www.ufjf.br/fisicaecidadania/2010/06/02/por-que-estamos-protegidos/