RELATORIO FISICA III Eletrização por atrito

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ - UNESA
FACULDADE DE ENGENHARIA
RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL III
ELETRIZAÇÃO POR ATRITO, O PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DAS CARGAS, LEI DAS CARGAS.
Data do Relatório 26/04/2018. Trabalho apresentado ao Professor: Luiz Carlos de Lima, para a disciplina Física Teórica Experimental III, Aluno: Igor Elias Gomes; Mat: 201603199136; Turma: 3089, ministrada no curso de Engenharia na Faculdade de Engenharia da Universidade Estácio de Sá.
Resumo
	Este relatório tem como proposta, apresentar diferentes formas de eletrização de Corpos, através de experimentos com materiais fáceis de serem encontrados, na qual, proporciona a observação da existência de cargas por meio das forças eletrostática.
INTRODUÇÃO
 
Cargas Elétricas
	A carga elétrica é um conceito físico que determina as interações eletromagnéticas dos corpos eletrizados.
Assim, a partir do atrito entre os corpos, ocorre o fenômeno chamado “eletrização”, de modo que todos os corpos possuem a propriedade de se atraírem ou se repelirem.
	Dessa forma, cargas de mesma natureza (positivo e positivo, negativo e negativo) se repelem, enquanto que as cargas de sinais contrários (positivas e negativas) se atraem.
Isso ocorre pelo fato de que as cargas elétricas são formadas por partículas elementares que constituem os átomos, conhecidas como prótons (carga positiva), elétrons (carga negativa) e nêutrons (carga neutra).
No Sistema Internacional, a unidade de carga elétrica é o Coulomb (C) em homenagem ao físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) pelas suas contribuições aos estudos da eletricidade.
Cálculo de Cargas Elétricas
	Para calcular a quantidade de cargas elétricas, utiliza-se a seguinte expressão:
Q = n.e
onde,
Q: carga elétrica
n: quantidade de elétrons
e: 1,6 . 10-19C, chamada de carga elétrica elementar.
Carga Elétrica Puntiforme
As chamadas “cargas elétricas puntiformes” correspondem aos corpos eletrizados cujas dimensões e massa são desprezíveis, se comparadas às distâncias que o afastam de outros corpos eletrizados.
Átomos
	Os átomos são unidades fundamentais da matéria, formados por um núcleo com carga elétrica positiva, chamada de prótons, e os nêutrons, partículas de carga neutra.
O núcleo atômico, que carrega quase toda a massa (99,9%) do átomo, é envolvido por uma nuvem de elétrons de carga negativa, localizados na eletrosfera.
Prótons (p+)
	Os prótons são partículas eletrizadas de carga positiva, as quais, junto aos nêutrons, constituem o núcleo dos átomos.
Possuem o mesmo valor da carga dos elétrons, e por isso, os prótons e os elétrons tendem a se atrair eletricamente.
O valor da carga do próton e do elétron é chamado de quantidade de carga elementar (e) e possui o valor de e = 1,6 .10-19 C.
Elétrons (e-)
	Os elétrons são minúsculas partículas eletrizadas de carga negativa e massa desprezível (cerca de 1840 vezes menor que a massa do núcleo atômico).
Diferente dos prótons e dos nêutrons, os elétrons encontram-se na eletrosfera, os quais circundam o núcleo atômico, a partir da força eletromagnética.
Nêutrons (n0)
	Os nêutrons são partículas de carga neutra, ou seja, não possuem carga; junto aos prótons, constituem o núcleo dos átomos.
Possui grande importância no núcleo dos átomos, uma vez que proporciona estabilidade ao núcleo atômico, já que a força nuclear faz com que seja atraído por elétrons e prótons.
Princípio de Conservação da Carga Elétrica
	Tudo à nossa volta, incluindo o nosso corpo, é constituído de matéria, logo, possui átomos. Estes são constituídos de elétrons, prótons e nêutrons. Os elétrons possuem cargas elétricas negativas e, os prótons, positivas. A carga elétrica é uma propriedade intrínseca da matéria, portanto não pode ser criada ou destruída. Em um sistema isolado, ou seja, na fricção entre dois corpos que não perdem cargas elétricas para o ambiente, haverá a transferência de cargas elétricas. A soma das cargas elétricas dos corpos presentes no sistema é constante.
Para entendermos melhor, veremos os exemplos a seguir.
Vamos utilizar a eletrização por contato. Mas lembrando: o sistema deve estar isolado para não trocar carga elétrica com o meio.
Temos dois corpos: corpo A eletrizado positivamente com carga +8 e o corpo B eletrizado negativamente com carga -5.
Somando essas cargas, temos: +8 -5 = +3
Quando os corpos entram em contato, há a transferência de elétrons do corpo eletrizado negativamente para o corpo eletrizado positivamente.
Assim, após o contato, observamos que o corpo que antes estava eletrizado com carga elétrica negativa transferiu seis elétrons para o corpo que estava eletrizado positivamente, ainda continuando com uma somatória de cargas igual a: +2 +1 = +3.
Confirmando o que havia sido falado no início desse item:
A+B = A’+B’
A soma das cargas do sistema inicial é igual à soma do sistema após o contato. Assim, confirma-se o princípio de conservação das cargas, havendo somente transferência das cargas, sem perda ou formação de cargas elétricas.
Campo Elétrico
	O campo elétrico designa o local onde as forças elétricas estão concentradas por meio da ação das cargas elétricas puntiformes(corpo eletrizado cujas dimensões e massa são desprezíveis se comparadas às distâncias que o afastam de outros corpos eletrizados).
 	Dessa forma, o campo elétrico é um tipo de força em que as cargas elétricas geram ao seu redor; trata-se de uma grandeza vetorial, ou seja, possui módulo, direção e sentido, donde as cargas elétricas que se aproximam (elétrons, prótons ou íons) estão sujeitas às forças de interação: seja de atração ou de repulsão.
	O sentido do campo elétrico depende exclusivamente do sinal da carga elétrica, por isso, importante notar que o campo elétrico existe por meio de sua interação com uma carga de prova, de modo que as que apresentam mesmo sinal, sofrerão uma repulsão, e as cargas, de sinais contrários, sofrerão uma atração.
Sendo assim, quando o campo elétrico é criado numa carga positiva ele, terá um sentido de afastamento ou repulsão, por sua vez, quando é gerado numa carga negativa ele, terá um sentido de aproximação ou de atração.
Intensidade do Campo Elétrico
	A intensidade do campo elétrico é medida através da seguinte fórmula, cuja força elétrica entre as cargas é inversamente à carga de prova:
Donde:
E: campo elétrico
F: força elétrica
q: carga elétrica
No Sistema Internacional de Unidade, a intensidade do campo elétrico é medido em Newton por Coulomb (N/C), a força em Newton (N) e a carga elétrica em Coulomb (C).
Corpos Isolantes e Condutores
	Todos os corpos são constituídos por átomos e estes são formados por partículas com pequenas dimensões que são os nêutrons (não possuem carga), os prótons (partículas de carga positiva) e os elétrons (partículas de carga negativa). Os nêutrons juntamente com os prótons ficam no interior do núcleo, e os elétrons ficam na eletrosfera. Para manter esses elétrons sempre em órbita na eletrosfera, existem forças internas que os seguram, não deixando que os mesmos escapem. No entanto, quanto maior a distância entre a órbita e o núcleo, mais fraca é a força que mantém o elétron preso ao átomo, pois, dessa forma, pode se mover com certa liberdade no interior do material, dando origem aos chamados elétrons livres.
O que determina se um material é condutor ou isolante é justamente a existência dos elétrons livres. São eles os responsáveis pela passagem e transporte da corrente elétrica através dos materiais. São chamados de condutores aqueles materiais onde há possibilidade de trânsito da corrente elétrica através dele como, por exemplo, o ferro. Este é um elemento químico que possui dois elétrons na última camada, os quais estão fracamente ligados ao núcleo. Dessa forma, o ferro se torna um ótimo condutor de eletricidade.
	Com os materiais isolantes, também chamados de materiais dielétricos, ocorre o processo inverso. Nesses materiais,os elétrons estão fortemente ligados ao núcleo atômico, ou seja, eles não possuem elétrons livres ou a quantidade é tão pequena que pode ser desprezada. Dessa maneira, não permitem passagem de corrente elétrica. São bons exemplos de materiais isolantes: o vidro, a borracha, a cerâmica e o plástico.
Processo de Eletrização de um Corpo Neutro
Todos os corpos ou matérias são constituídos por átomos, e estes são formados por partículas menores denominadas elétrons, prótons e nêutrons.
Prótons e elétrons possuem carga elétrica de mesma intensidade (valor), mas de sinais contrários, em que o próton é a carga positiva e o elétron, a carga negativa.
 No átomo em seu estado natural não existe uma predominância de carga elétrica, por que o número de prótons é igual ao número de elétrons, o que o torna neutro. No entanto, quando ele perde ou ganha elétrons dizemos que está eletrizado.
Corpo eletrizado positivamente
 Quando um corpo possui uma maior quantidade de cargas positivas, dizemos que perdeu elétrons, e por isso está eletrizado positivamente.
Obs.: Um corpo nunca ganha prótons, porque está localizado na parte central do núcleo do átomo.
Corpo eletrizado negativamente
 É quando um corpo possui mais cargas negativas que positivas, ou seja, quando ganha elétrons.
Atração dos corpos
 Quando partículas estão eletrizadas com cargas de sinais contrários, se atraem.
Atração
Repulsão dos corpos 
 Quando partículas estão eletrizadas com cargas de sinais iguais, se repelem.
Repulsão
Processos de Eletrização
Eletrização por atrito 
	Quando dois corpos inicialmente neutros são atritados, se eletrizam e, em virtude do atrito ocasionado, um corpo ficará com carga positiva e o outro com carga negativa.
Processo de eletrização por atrito ente o vidro e a lã
Eletrização por contato
	Quando dois corpos (um eletrizado e outro inicialmente neutro) entram em contato, o corpo neutro fica com a mesma carga do eletrizado.
Processo de Eletrização por contato
Eletrização por indução 
	É quando a eletrização de um corpo inicialmente neutro (induzido) acontece por simples aproximação de um corpo carregado (indutor), sem que haja contato entre os corpos. O induzido deve estar ligado a Terra ou a um corpo maior que possa lhe fornecer elétrons ou que dele os receba num fluxo provocado pela presença do indutor.
Processo de eletrização por indução
Lei de Coulomb
	Esta lei, formulada por Charles Augustin Coulomb, refere-se às forças de interação (atração e repulsão) entre duas cargas elétricas puntiformes, ou seja, com dimensão e massa desprezível. Lembrando que, pelo princípio de atração e repulsão, cargas com sinais opostos são atraídas e com sinais iguais são repelidas, mas estas forças de interação têm intensidade igual, independente do sentido para onde o vetor que as descreve aponta. O que a Lei de Coulomb enuncia é que a intensidade da força elétrica de interação entre cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos módulos de cada carga e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. Ou seja:
Onde a equação pode ser expressa por uma igualdade se considerarmos uma constante k, que depende do meio onde as cargas são encontradas. O valor mais usual de k é considerado quando esta interação acontece no vácuo, e seu valor é igual a:
Então podemos escrever a equação da lei de Coulomb como:
Para se determinar se estas forças são de atração ou de repulsão utiliza-se o produto de suas cargas, ou seja:
METODOLOGIA
MATERIAL ULTILIZADO
02 Retângulos de plástico 11 cmx 21 cm (cortados de 2 sacos plásticos);
01 tira de papel 0,5 cm x 21 cm (cortado de uma folha de papel);
01 pano de lã ou papel higiênico;
01 folha de papel ofício;
PROCEDIMENTO EXPERIEMENTAL
Coloque sobre a mesa uma folha de papel ofício e sobre esta folha, duas tiras de plástico, uma ao lado da outra. Com uma das mãos segure simultaneamente uma das extremidades das tiras e, com a outra, esfregue-as com um pano de lã (ou papel higiênico) no sentido de A para B, várias vezes. Erga as duas tiras extremos e aproxime suas faces uma da outra e observe.
	Refaça a atividade anterior, atritando duas tiras de matérias diferentes, uma de plástico e outra de papel. Erga as tiras de plástico e papel, carregadas por atrito, e aproxime suas faces uma da outra.
RESULTADOS
 	Depois de ter atritado a lã ao plástico foi aproximado o plástico junto ao outro plástico, não observamos reação alguma pois eles se repeliram, mas quando atritamos o papel ao plástico, observamos que quanto mais rápido eletrizávamos o plástico, mais fácil acontecia a atração entre os corpos de matérias diferente. Verifica-se através da tabela tribo elétrica que a tira de plástico tem mais tendência a adquirir elétrons que a tira de papel. Logo, elas ficam com cargas diferentes e consequentemente se atraem.
CONCLUSÃO
	Foi concluído que o processo de retirar ou acrescentar elétrons a um corpo neutro para que este passe a estar eletrizado denomina -se eletrização. Dois corpos neutros feitos de materiais diferentes quando são atritados, tem a propriedade de movimentação de cargas, ou seja, um corpo ganha elétrons – passando a ser eletricamente negativo (-) e o outro perde elétrons – passando a ter maior quantidade de prótons, sendo assim, eletricamente positivo (+). Se o corpo atritado é feito de material isolante – um mau condutor -, as cargas elétricas contidas nele, ficam confinadas à região atrita da. Admitido corpos de materiais isolantes. Todavia, se o corpo é feito de material condutor (por exemplo, de metal) as cargas elétricas se espalham por todo o corpo, ocupando sempre sua superfície externa, pois elas, sendo todas de mesmo sinal, se repelem, tendendo a ficar o mais longe possível umas das outras. 
	A eletrização por atrito é uma das maneiras mais didáticas para se exemplificar eletricidade, e a habilidade do elétron de se movimentar em relação as cargas existentes no ambiente. Com esse experimento, foi possível observar, com materiais comuns, como é fácil visualizar a ação dos elétrons e como acontece com frequência na vida de todos. 
REFERÊNCIAS
ÉFísica. Disponível em: http://efisica.if.usp.br/moderna/materia/particulas-fundamentais/> Acesso em: 19 de agosto de 2016.
InfoEscola. Disponível em: <http://www.infoescola.com/fisica/proc-eletrizaçao.
HALLIDAY, David; RESNIK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física 3: Eletromagnestismo. 4ed.:LTC.1960. Disponível em: https//umadosedeinteligencia.files.wordpress.com/2014/09/física_3_haliday.pdf. Acesso em: 17/08/2016.
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