Relatório de Van de Graaff

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RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA
FÍSICA EXPERIMENTAL 3
Curso: Engenharia Civil
Turma: Data: 
Aluno: CRFO
Relatório experimental do gerador de Van de Graaff 
Objetivo: Obter a visualização das linhas de força do campo elétrico gerado através da carga que foi aplicada pelo gerador de Van de Graaff- GVDG. Pois esta energia exercida é o suficiente para a formação das linhas do campo elétrico.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Este gerador foi idealizado por Lord Kelvin1 em 1890 e realizado, com sucesso, na prática, pelo pesquisador Robert Jemison Van de Graaff2, em 1931.
Fig. An 1.1- (a) Robert Jemison Van de Graaff. (b) Robert Jemison Van de Graaff e um dos primeiros modelos do gerador. 
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 1 Kelvin [William Thomson (1824 - 1907)] - físico irlandês mais tarde conhecido como Lord Kelvin, é um dos cientistas mais notáveis e ecléticos da segunda revolução industrial, do período de apogeu do Império Britânico. Na tradição de Newton, como filósofo natural, contribuiu para as teorias do calor, da eletricidade e do magnetismo. Desde muito jovem era um gênio matemático, conhecedor da obra de Fourier, estabelecendo relações entre as teorias do calor e da eletricidade, explicando ao próprio Maxwell o caráter das linhas de força de Faraday. Após uma permanência na França, reconheceu a importância do trabalho de Carnot, promovendo a sua reconciliação com as ideias de conservação de energia, e explicando magistralmente a segunda lei da termodinâmica. A escala Kelvin de temperaturas é baseada no ciclo de Carnot, que não depende de nenhuma substância ou de hipóteses desnecessárias sobre a natureza do calor. Interessou-se por problemas aplicados, em particular na área da telegrafia, participando do lançamento do primeiro cabo telegráfico transoceânico, e transformando-se num engenheiro elétrico e empreendedor de muito sucesso. Era escritor prolífico e polêmico; envolveu-se num debate famoso, com geólogos e evolucionistas, sobre a idade da terra. No final da vida, chegou a vislumbrar pequenas dificuldades na Física Clássica. 
 2 Van de Graaff [Robert Jemison Van de Graaff (1901-1967)] - engenheiro e físico americano, descendente de holandeses, que realizou na prática o gerador eletrostático que leva o seu nome. Seu invento foi logo empregado em Física Nuclear, devido à necessidade de altas tensões nos aceleradores de partículas. 
Quando um corpo eletrizado é colocado em contato com a superfície interna de um condutor oco – uma esfera oca, por exemplo – toda a carga dele é transferida para o condutor. Em princípio, a quantidade de carga do condutor e seu respectivo potencial podem aumentar sem limites. Neste equipamento, o domo ou cúpula é carregado por uma correia de material isolante – borracha, por exemplo – que é eletrizada, por atrito, ao ser atritada por um pente ou duas plaquetas – dependendo do modelo do gerador – existentes na parte inferior. Quando estas cargas chegam ao interior do domo, são retiradas da correia através de um pente interligado ao domo, e vão eletrizar esta cúpula de alta voltagem. Quando uma pessoa toca a mesma, em geral os seus cabelos ficam eriçados. Isto ocorre pelo fato de nas pontas dos cabelos se acumularem cargas de mesmo sinal às existentes no domo, provocando a repulsão eletrostática. Quando uma haste metálica é aproximada da cúpula negativamente carregada, serão induzidas na haste cargas positivas, na extremidade mais próxima ao domo do gerador, e cargas negativas na outra extremidade. Assim sendo, a pessoa que a segura sentirá um pequeno choque elétrico, pois as cargas positivas induzidas na haste ficarão atreladas à atração das cargas negativas da cúpula do gerador, mas as negativas (elétrons) migrarão em direção à terra, passando pelo corpo da pessoa que segura a haste. Neste modelo de gerador, o domo fica negativamente carregado, mas dependendo do material dos roletes por onde passa a correia de eletrização e do material desta última, podemos também ter um equipamento cuja cúpula se carregue positivamente.
Fig. An 1.2 - (a) Esquema do GVDG; (b) GVDG de pequena capacidade, modelo 400 kV-EQ047C, de fabricação Cidepe- A foto nos foi gentilmente cedida pelo Cidepe - Centro Industrial de Equipamentos de Ensino e Pesquisa Ltda. (www.cidepe.com.br), através da Sra. Eunice Tere-sinha Valmorbida e do Prof. Luiz Antonio Macedo Ramos, por in-tervenção da Sra. Iara Regina Meneghetti
Van de Graaff inventou o gerador que levou seu nome em 1931, com o propósito de produzir uma diferença de potencial muito alta (da ordem de 20 milhões de volts) para acelerar partículas carregadas que se chocavam contra blocos fixos. Os resultados das colisões nos informam a cerca das características dos núcleos do material que constituem o bloco. O gerador de Van de Graaff é um gerador de corrente constante, enquanto que a bateria é um gerador de voltagem constante, pois o que varia é a intensidade da corrente, dependendo de quais os aparelhos que lhe são conectados.
DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO
Materiais utilizados:
Gerador de Van de Graff
Tira de papel
Fita adesiva
Torniquete (molinete) elétrico com pivô (pino de pressão ou pino banana, com agulha)
Copo de plástico descartável de 200ml
Bolinhas de isopor
Esfera auxiliar de descarga com bastão
Eletrodo com gancho para eletroscópio
Uma vela
Fosforo ou isqueiro
1 º Experimento: Tira de papel 
 Figura 1
Prendeu-se na parte de cima do gerador(Fig.1) uma fita de papel e ao ligarmos o gerador podemos ver que a fita se afastou da cúpula removível formando uma outra esfera. Isso acontece pós o gerador formar um campo elétrico e através da condução irá carregar eletricamente a fita de papel . Com o carregamento da fita ficam com a mesma polaridade do globo , então ela se afasta da superfície da esfera. O campo elétrico fica perpendicular a esfera, porém mesmo assim dificulta a visualização do sentindo e polaridade do campo porque a tira assume a polaridade do campo elétrico ( positivo e negativo), então ela se repele de qualquer maneira.
2 º Experimento: Torniquete Elétrico
 Figura 2
 No experimento (Fig.2) realizado, observamos o que ocorre com as cargas quando um corpo pontiagudo é eletrizado. Realizando o experimento, ao ligar o gerador, o torniquete fica eletrizado adquirindo o mesmo potencial da esfera, pelo alto potencial e pelo poder das pontas, o campo elétrico nas extremidades do torniquete fica muito elevado. Este campo elétrico elevado provoca ionização das moléculas que compõem o ar ao redor das pontas carregando- as com cargas de mesmo sinal das pontas, desta forma este s íons são repelidos e lançados no senti do contrário das pontas. Por causa da lei da ação e reação os íons empurram as pontas do torniquete com a mesma força que recebe ao se r lançados formando o vento elétrico, por isso, o torniquete passa a girar no sentido contrário do vento iônico. Exposto isso, destacamos a segunda ocorrência e a terceira lei de Newton (para cada ação há uma reação de força e direção iguais e senti do oposto) para explicar por que o torniquete elétrico fica girando ao receber a carga gerada pelo Gerador de Van der Graaff .
3 º Experimento: Bolinhas de isoporFigura 3
Assim que colocado um copo plástico com as bolinhas de isopor (Fig.3) e fixarmos na cúpula do gerador, e ligaremos o gerador de Van de Graaff, e as bolinhas começam a se mexer para fora do copo plástico. Podemos observar isso porque a esfera está eletrizada positivamente e as bolinhas são leves e estão neutralizadas, ou seja, tem cargas positivas. Sendo assim elas acabam se repelindo e podem grudar em qualquer corpo de carga diferente. Sabemos que o isopor e o plástico não são condutores mas assim que formado o campo elétrico o ar se transforma em plasma e vira esse condutor.
4 º Experimento: Bastão Eletrolítico
 Figura 4
 Neste experimento (Fig.4), usamos o bastão eletrolítico que estava presente junto com o gerador de Van de Graaff . Para realizar o experimento, ligamos o gerador e percebemos que sempre que quando aproximávamos o bastão a cuba ocorria o efeito corona que é o efeito que ocorre devido às partículas de ar, de poeiras e a alta umidade ( vapor d’água) encontrada e m torno dos condutores , que quando submetido a um campo elétrico muito elevado e intenso, tornam- se ionizadas e, como consequências, emitem luz, por isso que quando aproximávamos um ao outro acontecia uma espécie de “mini raio” ou centelha entre os dois e quando isso acontecia era uma forma dos materiais igualmente a ddp( quando a ddp estava muito alta a cuba descarregava no bastão) .
5 º Experimento: Vela ,vento iônico 
 Figura 5
Nesse último experimento pudemos observar o fenômeno do “Vento Iônico”, onde posicionamos a estrutura de arame no topo da cúpula do Gerador de Van de Graaff e, logo após ligamos o gerador, acendemos a vela e a aproximamos da estrutura de arame. Ao aproximamos a chama da vela d a estrutura de arame notamos que esta começava a girar, dando origem ao fenômeno citado acima. Quando afastávamos a vela ou ao desligar o gerador o vento cessava. Isso o corre porque as cargas atraem as os elétrons das partículas de ar vizinhas, alguns deles de desprendem, ficando positivamente carregadas. Essas partículas carregadas ou íons repelidos deslocam-se e levam junto várias partículas de ar.
Fatos importantes:
* É interessante notar que o campo elétrico gerado era muito forte porém a distância máxima entre as partes para a ocorrência da centelha era de aproximadamente 5cm; 
* Quando ocorria a centelha a ddp f oi a mesma, e a carga acabava, repetindo esse processo toda as vezes que a ddp estava alta; 
* É bom ressaltarmos que os efeitos corona provocam perdas de eletricidade que podem variar de alguns quilowatts até algumas centenas de quilowatts.
 * O efeito corona normalmente aparece nas superfícies dos condutores das linhas de transmissões de energia elétrica, 
* O objetivo dos para-raios normalmente é mal compreendido. Muitas pessoas acreditam que eles "atraem" os relâmpagos. Na verdade, é melhor dizer que eles fornecem um caminho de menor resistência até o sol o ao conduzir as enormes correntes eléctricas quando ocorrem as descargas dos relâmpagos
CONCLUSÕES
Pode-se concluir que, com base no experimento aplicado, atingiu o objetivo proposto para o aprendizado, de forma que através de uma configuração simples conseguiu-se visualizar com clareza os processos de eletrização, distribuição de cargas em condutores , o comportamento do campo elétrico em relação à rigidez dielétrica do meio em que ele está inserido e as condições necessárias para que se estabeleça um a descarga elétrica através dos experimentos realizados. Além dos objetivos previstos inicialmente também, foi possível aprender mais sobre a eletrização de um corpo, quando em contato c om a esfera do gerador, o corpo passa a ser eletrizado juntamente com ela. Ao colocar as mãos s obre a es fera descarregada do gerador com o gerador desligado, e depois ligado, não ocorre choque, pois o corpo está sendo eletrizado vagarosamente, diferentemente de quando a esfera já está eletrizada e coloca-se a mão sobre ela. Nesse caso, o choque será maior, pois a descarga de energia para o corpo será muito mais rápida. O processo de eletrização que ocorre na natureza constantemente consiste em um fenômeno, com transferência de cargas elétricas entre corpos. A compreensão dos efeitos dielétricos assim com o da rigidez dielétrica ac aba por demonstrar com o um isolante pode tornar-se um condutor, justificando e fundamentando, por exemplo, o princípio de funcionamento de raios e d os trovões . Sendo ainda possível trabalhar com o potencial elétrico e com o campo elétrico, que recebe uma especial ênfase de vido a sua importância e complexidade. Analisando, por fim , o real objetivo do Gerador de Van de Graaff, que é simular descargas elétricas . 
REFERÊNCIAS
1.HALLIDAY, D., Resnick, R. W alker, J - Fundamentos de Física 3 – 
Tradução BIASI Ronaldo Sérgio de, - Rio d e Janeiro: Livros técnicos e Científicos 
Editora, 8a Edição, 2007. 
2.Tipler, P. A.; Mosca, G. Física para cientistas e engenheiros. 6ª Ed. Rio 
de Janeiro: Ed LTC, 2011. 
3. Paulo Cesar Pfaltzgraff, Física Teórica 3- Unidade 1-Eletrostática- Rio de Janeiro: Apostila