Relat. Fis III

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ACELERADOR DE VAN DER GRAAFF
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. Para reproduzir estes processos é utilizado um equipamento chamado Acelerador de Van de Graaff.
Este equipamento foi desenvolvido pelo Engenheiro americano Robert Jemison Van de Graaff (1901 – 1967) que, motivado por uma conferência que assistira de Marie Curie, passou a se dedicar a pesquisas no campo da Física Atômica. Uma das consequências destes estudos é a construção do acelerador que leva seu nome, o qual teve aplicação direta em várias áreas do conhecimento como na medicina e na indústria.
Nas escolas, este aparelho é destinado ao estudo experimental da eletrostática. Um motor movimenta uma correia isolante que passa por duas polias, uma delas acionada por um motor elétrico que faz a correia se movimentar. A segunda polia encontra-se dentro da esfera metálica oca. Através de pontas metálicas a correia recebe carga elétrica de um gerador de alta tensão. A correia eletrizada transporta as cargas até o interior da esfera metálica, onde elas são coletadas por pontas metálicas e conduzidas para a superfície externa da esfera.
Os aceleradores eletrostáticos ocupam posição única nas experiências em que são requeridas medidas de alta precisão. Sua importância na física nuclear pode ser melhor apreciada pelo enorme interesse de alguns trabalhos já realizados com o auxílio de aceleradores dessa natureza e pelo grande número destes instrumentos ora em construção nos mais avançados centros de pesquisas.
EXPERIMENTOS REALIZADOS
Com o Acelerador, ou Gerador de Van der Graaff, foram realizados os experimentos informados abaixo, e seus respectivos materiais:
1 – Acendimento de lâmpada fluorescente
Materiais utilizados:
- 01 lâmpada fluorescente tubular
Procedimentos:
 Com o gerador ligado, aproximou-se a extremidade da lâmpada fluorescente, cerca de 20cm, do mesmo, com a mão. 
 Observou – se que a lâmpada emitiu luz com predominância, da extremidade que estava sendo apontada para o gerador, até onde estava posicionada a mão na lâmpada.
 2 – Chafariz com bolinhas de isopor
Materiais utilizados:
- 01 copo descartável;
- Bolinhas de isopor bem pequenas (5 a 6 mm de diâmetro, aprox.);
- Fita adesiva (durex)
Procedimentos:
 Com o gerador desligado, fixou-se com fita adesiva o copo descartável na parte superior da cúpula do gerador. As bolinhas foram colocadas no interior do copo e ligou-se o gerador.
 Observou – se que as pequenas esferas saltaram para fora do copo, como um chafariz.
 3 – “Elevando” tiras de papel
Materiais utilizados:
- Tiras de papel, medindo aproximadamente, 1,5cm x 15cm;
- Fita adesiva
 Com o gerador desligado, fixou-se com fita adesiva, uma das pontas das tiras de papel, em torno da esfera, do topo até a metade da mesma (“linha do Equador”).
 Ao ligar o acelerador, observou-se que as tiras de papel afastavam – se, elevavam – se, da esfera.
 4 – Simulação de para – raios
Materiais utilizados:
- Esfera metálica, pequena, com cabo de madeira
 Com o gerador ligado, aproximou-se a esfera com cabo, da esfera do gerador.
 Observou-se a produção de faíscas.
 5 – Linhas de Força.1
 
Materiais utilizados:
- Recipiente com óleo;
- Grãos de fubá;
- Mesa projetável de adesão magnética;
- Hastes de aço;
 - 2 cabos
Procedimentos:
 Primeiramente, foi colocado o recipiente com óleo e fubá na mesa projetável e posicionadas as hastes metálicas, com uma extremidade dentro do recipiente e a outra extremidade nos ímãs, nas pontas da mesa projetável, e conectadas à dois eletrodos, com o gerador desligado.
 Ao ligar o acelerador, verificou-se a formação de linhas de campo no interior do recipiente.
6 – Linhas de Forças.2
Materiais utilizados:
- Recipiente com óleo
- Grãos de fubá
- Mesa projetável de adesão magnética
- Hastes de aço
- 2 cabos
- 2 anéis de tamanhos diferentes
- 2 placas paralelas
Procedimentos:
 
 No primeiro experimento, foi colocado o anel maior no centro do recipiente com óleo e fubá. Foi conectado um eletrodo com carga positiva no anel. Após ligar o acelerador, observou-se que as linhas de campos foram formadas fora do mesmo, já que não houve carga no interior. Dessa forma, o anel funcionou como uma blindagem, conforme figura abaixo:
 
 No segundo experimento, foi adicionado um eletrodo com carga negativa no centro do anel. Verificou-se que, após ligar o acelerador, as linhas de campo foram atraídas para o interior do anel, devido à força de atração entre as cargas.
 No terceiro experimento, foi inserido um anel menor no interior do anel maior e a carga negativa foi retirada, mantendo apenas a carga positiva no anel maior. Observou-se que, após ligar o acelerador, as linhas de campo foram formadas fora do anel maior, não ocorrendo as linhas de campo no interior do anel menor, devido a força de repulsão e o campo magnético nulo formado no interior. 
 No quarto experimento, foi inserida uma carga negativa no interior do anel menor. Após ligar o acelerador, linhas de campo foram formadas no interior do anel menor, devido a força de atração entre as cargas.
 No quinto e último experimento, foi retirado o anel de maior diâmetro e foram colocadas as placas paralelas ao redor do anel menor. Os eletrodos foram instalados cada um em uma placa. Após ligar o acelerador de Van der Graaff, foram observadas linhas de campos distantes do anel. Ao redor do anel, ouve uma deformação nas linhas de campo, já que o interior do anel possui campo elétrico neutro, as cargas foram distribuídas pela superfície externa.
 CONCLUSÃO
 Verificou-se que as linhas de campo entre duas cargas elétricas distintas sempre se atraem, de um corpo carregado positivamente para outro carregado negativamente. São perpendiculares as superfícies carregadas e nunca se interceptam. O anel funcionou com uma blindagem eletrostática, pois as cargas agiram apenas externamente, criando um campo nulo no interior do mesmo.
 
 Em resposta ao experimento do material / roteiro disponibilizado no SIA, páginas 24 e 25, 
Descreva o observado ao aproximar as faces das tiras plásticas:
Admitindo que o plástico recebesse elétrons ao ser atritado:
 As cargas elétricas presentes nas tiras plásticas são negativas devido ao fato de terem ganhado elétrons, portanto, observamos que o algodão possui carga elétrica positiva por ter cedido seus respectivos elétrons as tiras plásticas. 
Verificando o que acontece quando duas cargas negativas são aproximadas uma da outra:
Os materiais com cargas elétricas iguais tendem a se repelir.
Refazendo o experimento anterior, atritando duas tiras de materiais diferentes, uma de plástico e outra de papel. 
Descrevendo o observado: As tiras de materiais distintos se atraíram.
Justificando: Baseado no fato de que a tira plástica recebeu elétrons, observamos que a tira de papel perdeu seus respectivos elétrons. 
Sinal da carga na tira de plástico: Negativo (-).
Com base nas respostas anteriores, qual é o sinal da carga elétrica existente na tira de papel? 
Positivo (+).
Segundo as suas respostas, complete as lacunas a seguir:
Cargas de mesmo sinal se repelemenquanto que cargas de sinais diferentes se atraem.
Verificando o que acontece quando duas cargas negativas são 
aproximadas uma da outra:
Verificando o que acontece quando duas cargas negativas são 
aproximadas uma da outra: 
REFERÊNCIAS
Gerador de Van der Graaff. Disponível em < https://www.infoescola.com/fisica/gerador-de-van-de-graaff/ > Acessado em 29/03/2018
SALA, Oscar. O gerador eletrostático e suas aplicações. Ciência e Cultura, v. 62, n. SPE1, p. 12-15, 2010.
FÍSICA EXPERIMENTAL III
ACELERADOR DE VAN DER GRAAFF E RELATÓRIOS EXPERIMENTAIS LINHAS DE FORÇAS
PROFESSOR CIRO MURI
ALUNAS: ALINE DA COSTA LAMENÇA 201708003975
PAULA DE SOUZA SOBRINHO 201001124251
TURMA 3055
MARÇO
2018