ATPS Fisica 3 etapas 2%2c 3 e 4

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ETAPA 2
Aula-tema: Potencial Elétrico. Capacitância.
Essa atividade é importante para compreender a definição de potencial elétrico e
conseguir calcular esse potencial a partir do campo elétrico. Essa etapa também é importante para estudar a energia armazenada num capacitor, considerando situações cotidianas. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.
PASSO 1
Determinar uma expressão para o potencial elétrico em função da distância r a partir do eixo do cano. (O potencial é zero na parede do cano, que está ligado a terra).
PASSO 2
Calcular a diferença de potencial elétrico entre o eixo do cano e a parede interna para uma densidade volumétrica de cargas típica, ρ= 1,7 x C/m3. R=0,054m
	
C
 2,593*
 
PASSO 3 
Determinar a energia armazenada num operário, considerando que o homem pode ser
modelado por uma capacitância efetiva de 275 pF e cada operário possui um potencial
elétrico de 7,8 kV em relação a Terra, que foi tomada como potencial zero.
 
A energia acumulada pode ser dada por: 
	U = 1,0725 mJ
PASSO 4
Verificar a possibilidade de uma explosão, considerando a segunda condição, ou seja, a
energia da centelha resultante do passo anterior ultrapassou 168 mJ, fazendo com que o pó explodisse?
Não. O valor encontrado foi muito inferior, não tendo assim risco de centelha pela energia armazenada pelo operário. 
 
ETAPA 3
Aula-tema: Corrente e Resistência. Circuitos.
Essa atividade é importante para discutir as cargas em movimento, isto é, corrente
elétrica e relacionar com resistência elétrica. Essa etapa também é importante para
compreender os cálculos envolvidos em um circuito elétrico como potência e energia.
PASSO 1
Determinar a expressão para a corrente i (o fluxo das cargas elétricas associadas ao pó) em uma seção reta do cano. Calcular o valor de i para as condições da fábrica: raio do cano R = 5,4 cm., velocidade v = 3,0 m/s e densidade de cargas ρ= 1,7 x C/m3.
Para encontrar a expressão usamos as fórmulas da densidade de corrente J:
 , onde 
Igualando encontrarmos a expressão para corrente elétrica:
 
 
PASSO 2
Determinar a taxa (potência) com a qual a energia pode ter sido transferida do pó para uma centelha quando o pó deixou o cano. Considerar que quando o pó saiu do cano e entrou no silo, o potencial elétrico do pó mudou e o valor absoluto dessa variação foi pelo menos igual à diferença de potencial calculada no passo 2 na etapa 2.
2,593* , calculado no passo 2, etapa 2
ou
PASSO 3
Calcular a energia transferida para a centelha se uma centelha ocorreu no momento em que o pó deixou o tubo e durou 0,26 s (uma estimativa razoável).
Calcularemos a transferência de energia Com a expressão:
 onde
PASSO 4 
Calcular qual deve ser a resistência entre a pulseira e a terra para que seu corpo chegue ao nível seguro de potencial de 102,2 V em 0,26 s, ou seja, um tempo menor que o que você levaria para tocar no silo. Se você usar uma pulseira condutora em contato com a terra seu potencial não aumentará tanto quando você se levantar, além disso, a descarga será mais rápida, pois a resistência da ligação a terra será menor que a dos sapatos. Suponha que no momento que você se levanta o potencial do seu corpo é de 1,42 kV e que a capacitância entre seu corpo e a cadeira é de 19 pF.
Primeiro calculamos a Carga q:
 / / / 
Depois a corrente elétrica i: 
 / / 
Por fim calculamos a Resistência R:
 / / / 
ETAPA 4
Aula-tema: Campos Magnéticos.
Essa atividade é importante para compreender o campo magnético terrestre e atuação
dele numa determinada região. Nessa atividade também definir as medidas de segurança na instalação de uma fábrica de pó.
PASSO 1
Pesquisar sobre o campo magnético terrestre, como é produzido e como esse campo varia de acordo com a localidade. Pesquisar também qual é o valor do campo magnético na sua região.
O Campo Magnético na Terra é conhecido através de Gilbert em 1600 no seu livro “De Magnete” onde relata que a Terra é um grande ímã permanente. Porém o Campo Magnético Terrestre já foi usado para orientação há muito tempo pelos chineses e também na época do descobrimento através de bússolas. A prova matemática da existência de Campo Magnético na Terra foi feita por Gauss em 1838, época em que já se concluiu que esse campo magnético manifestava uma variação secular e que tinha relação com fenômenos atmosféricos como as auroras boreais. O campo magnético da Terra é formado pela gigantesca magna liquida de materiais metálicos existentes no centro da Terra e que estabelece com o exterior atmosférico uma linha de orientação geomagnética e eletromagnética de norte-sul com o planeta. Cria um escudo que nos protege da radiação solar direta.
O campo magnético na superfície terrestre também é bem variável para diferentes pontos como para diferentes épocas. Variações no campo magnético da Terra também podem ser devidas a correntes na ionosfera ou tempestades magnéticas devidas à radiação solar. Estudos feitos nos campos magnéticos existentes no fundo do oceano e principalmente no “Sulco do Meio Atlântico”, lugar onde quantidades de magma transbordam do centro da Terra e se depositam em ambos os lados do sulco e este magma ao entrar em contato com a água se solidifica e preserva dentro de si um registro magnético do campo magnético terrestre em diversas épocas da história da Terra.
O campo magnético terrestre assemelha-se a um dipolo magnético com seus polos próximos aos polos geográficos da Terra. Uma linha imaginária traçada entre os polos norte e sul magnéticos apresenta uma inclinação de aproximadamente 11,3º relativa ao eixo de rotação da Terra. Um campo magnético se estende infinitamente e vai se tornando mais fraco com o aumento da distância da sua fonte. No espaço o campo magnético terrestre é chamado de magnetosfera da Terra, pois seu efeito se estende por várias dezenas de milhares de quilômetros. A magnetosfera protege a superfície da Terra das partículas carregadas do vento solar. É comprimida no lado diurno devido à força das partículas que chegam e estendido no lado noturno.
PASSO 2
Calcular o valor força elétrica que age sobre uma carga elétrica que se move no cano de
acordo com as condições apresentadas no passo 1 da etapa 3 e no passo anterior dessa etapa.
Essa força elétrica pode ser calculada com a equação: 
Onde o campo elétrico E=10,788* N/C, Calculado no passo 3 da etapa 1.
A carga q será calculada com a corrente , encontrada no passo 1 da etapa 3 e o dada no passo 4 etapa 3, através da equação: 
 / 
 / / 
PASSO 3 
Analisar as condições que foram discutidas nesse desafio para que ocorresse a explosão na fábrica e sugerir as medidas de segurança que deveriam ter sido adotadas para que não tivesse ocorrido.
Analisando as condições em que poderiam causar uma centelha, essa explosão ocorre quando acontecem quatro elementos mesmo tempo.
“Você precisa de oxigênio, combustível, recinto fechado e ignição. Nesse caso, o pó é o combustível, oxigênio você tem e o silo é seu recinto fechado. A ignição pode ser uma faísca ou uma descarga elétrica, por exemplo”. Cavalcante, Diretor da Fike
As partículas de poeira ainda precisam estar em uma concentração específica para que a explosão ocorra. A principal forma de prevenir esse tipo de acontecimento é a informação e treinamento aos funcionários, para que não se aprenda da pior forma possível. Com isso, a prevenção já começa nas medidas de segurança já na construção da estrutura onde o custo com segurança varia entre 2% e 3% do projeto. Algumas medidas de segurança podem ser tomadas como proteger as instalações elétricas (interruptores, fiação e luminárias),construção de equipamentos com paredes mais grossas, instalação de detectores de explosão que acionam uma espécie de extintores de incêndio instalados nos equipamentos para abafar a explosão logo no seu começo. É a chamada supressão de explosão, a mais moderna medida de segurança existente hoje para esse tipo de acontecimento. Isso tudo requer investimento que nem sempre as empresas querem fazer. Mas, o mais importante é tratar o problema na sua origem, ou seja, evitar ao máximo as poeiras geradas nos processos.
PASSO 4
Elaborar um relatório intitulado “Relatório: Medidas de Segurança quanto aos fenômenos eletromagnéticos em uma Fábrica que envolve Nuvem de Pó” com o conteúdo desenvolvido nos passos anteriores desta etapa e entregar ao professor na data agendada, de acordo com a padronização definida.
Relatório: Medidas de Segurança quanto aos fenômenos eletromagnéticos em uma Fábrica que envolve Nuvem de Pó
Essa atividade nos deu uma real dimensão dos problemas que os engenheiros têm que resolver para evitar certos tipos de acidentes. No nosso caso, as explosões que envolvem suspensão de poeira onde descobrimos diversos acidentes de grande magnitude relacionados ao assunto.
Pudemos entender como funcionam esse tipo de fábrica e o motivo pelo qual acontecem tantos acidentes.
No caso enfrentado na etapa 1 identificamos que poderia ocorrer uma centelha de acordo com as condições apresentadas. Já no passo 3 da etapa 2 verificamos que a explosão não aconteceria pela concentração de energia no corpo do operário, o que não descartaria a necessidade de tomar as medidas de segurança necessárias.
Nos demais casos, verificamos que precisaria de uma grande energia para gerar uma centelha e que essa centelha seria de uma força expressiva. Com isso, concluímos que a falta de informação e a não tomadas das medidas corretas de segurança, fazem com que esses acidentes aconteçam mesmo precisando de condições adversas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert. Física II. 1a ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos, 2009.
https://docs.google.com/file/d/0Bx50NPmVz1UwLWptYXV2NDdRT2c/edit
https://pt.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestre http://revistagloborural.globo.com/Noticias/Agricultura/noticia/2014/08/norma-completa-sobre-explosao-de-pos-agricolas-deve-entrar-em-funcionamento-ainda-esse-ano.html