Trabalho - Gerador de Van de Graaff

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Introdução:
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 Gerador de Van de Graaff ou gerador eletrostático de correia.
Nas pesquisas relacionadas ao campo da Física Moderna é necessária a utilização de voltagens muito elevadas, voltagens essas que podem chegar aos milhões de volts. Essas voltagens são utilizadas para acelerar partículas eletrizadas como, por exemplo, os elétrons, fazendo com que essas partículas atinjam grandes velocidades. Após atingir tais velocidades as partículas são lançadas contra núcleos atômicos, provocando dessa forma reações nucleares que são então estudadas pelos físicos. 
Foi pensando em conseguir altas tensões que, em 1929, o físico americano Robert Jemison Van de Graaff construiu o primeiro modelo de gerador, que acabou por receber o nome de Gerador de Van de Graaff em sua homenagem. Esse aparelho teve, e ainda tem, larga aplicação na física atômica como também na medicina e na indústria. Nos laboratórios de ensino médio e superior utilizam-se modelos simplificados desse gerador para fins de demonstrações de eletricidade.
Composição do gerador:
• Um motor; 
• Dois cilindros; 
• Um conjunto de correias; 
• Um conjunto de escovas; 
• Um terminal de saída, que na maioria das vezes é uma grande esfera de metal ou de alumínio.
Como funciona:
Gerador eletrostático onde existe uma correia de material isolante usada para transportar cargas elétricas que são acumuladas em uma esfera metálica, Esta correia é movimentada por um pequeno motor. Existem dois pentes metálicos, que respondem pela troca de carga entre a terra e a correia, na parte de baixo e entre a correia e a esfera metálica, na parte de cima. 
Suponha que haja transferência de cargas negativas do pente inferior aterrado. Esta transferência se dá pelo arrastamento da camada de ar que fica entre o pente e a correia. Neste caso o pedaço da correia que está se atritando fica com excesso de cargas positivas. 
Este pedaço de correia "caminha" até o topo do aparelho, onde se encontra o pente superior, que está ligado internamente à esfera metálica. Neste ponto há transferência de cargas negativas da esfera para a correia, através do pente (Poder das Pontas), de modo a neutralizar as cargas positivas que chegam pela correia isolante. 
As cargas negativas, que passam da esfera para a correia, deixam atrás de si, na esfera, um excesso de cargas positivas e, assim, o terminal (esfera metálica) começa a acumular cargas positivas que dão origem a diferenças de potencial de milhares de volts. Se durante o funcionamento do gerador aproximarmos o dedo ou um objeto de metal perceberemos leves descargas elétricas que ocorrem em razão da diferença de potencial (ddp).O nosso gerador é capaz de gerar faíscas elétricas de maiores que 60 milímetros, o que corresponde a tensões superiores a 60.000 Volts. 
O gerador de Van de Graaff produz diferença de potencial da ordem de muitos milhões de volts. Um feixe de partículas energéticas pode ser produzido, permitindo-se que partículas com carga, tais como elétrons ou prótons, caiam através dessa diferença de potencial. Na medicina tais feixes são largamente usados no tratamento de certos tipos de câncer. Na física, feixes de partículas aceleradas podem ser usados numa variedade de experiências de fragmentação de átomos.
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.
Geradores profissionais utilizam sistemas eletrônicos, para depositar carga na correia, eliminando assim as instabilidades de desempenho causadas pela excitação por atrito e permitindo regulação precisa da tensão obtida. A operação dentro de câmaras de alta pressão contendo gases especiais permite maior densidade de carga na correia sem ionização, aumentando a corrente que carrega o terminal.
Experimentos com o gerador:
1. Descargas em gases a alta pressão: explica a ocorrência de relâmpagos e trovões.
Ligue o bastão de testes ao gerador (o mesmo possui na cúpula uma entrada para este experimento) e, após ligado, aproxime (sem encostar) o bastão de testes do gerador. Para maximizar o efeito visual do experimento, é interessante que, durante a sua ocorrência, o local esteja escuro. O exercício interessante é pedir aos alunos que relacionem o fato visto (e ouvido) com a ocorrência de relâmpagos e trovões. Outro aspecto que merece destaque neste experimento é o fato de o ar (que é um meio dielétrico ou isolante) conduzir cargas (ou seja, se comporta como condutor).
2. Princípio de funcionamento do eletroscópio de folhas: descreve o funcionamento de um eletroscópio de folhas.
Para realizar este experimento, os seguintes materiais são necessários:
Gerador de Van de Graaf e bastão de testes;
Haste para apoio das lâminas;
Lâmina de alumínio (daquelas usadas para embalar alimentos) 10mm x 250mm, dobrada ao meio;
Para realizar o experimento, deve – se ligar a haste ao gerador (o mesmo possui na cúpula uma entrada para este experimento) e após o gerador ser ligado, deve – se aproximar (sem encostar) o bastão de testes da lâmina de alumínio.
3. Chuva de confetes: Eletrização por contato.
Com o gerador desligado, coloque papel picado sobre a cúpula. Ligue o gerador e observe o ocorrido.