Gerador Van der Graaf

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RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA
FÍSICA III
Curso: Engenharia Elétrica
Turma: 1234 Data: 06/04/2017
Aluno: Anderson da Conceição dos Santos
Gerador Van Der Graaff
Objetivo: Este relatório tem como objetivo demonstrar na prática alguns fenômenos da eletroestática através do Gerador Van Der Graaff.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Eletrização
	Eletrização tem como definição sendo um processo que corpo sofre resultando nas diferentes quantidades de prótons e elétrons e as principais formas de eletrização são; por atrito, por contato e por indução.
Eletrização por Atrito:
	Quando dois corpos eletricamente neutros são atritados um ao outro ocorre um fluxo de cargas, fazendo com que os corpos fiquem eletricamente carregados mais com cargas diferentes. Para saber qual corpo fica ou positivamente ou negativamente carregado utilizamos a série triboelétrica (tabela 1). 
 
Eletrização por Contato:
	Quando dois corpos entram em contato e pelo menos um deles está carregado, ambos buscam se estabilizar resultando nos dois corpos com as mesma carga e mesmo sinal.
Eletrização por indução:
Baseado no princípio de atração e repulsão esse tipo de eletrização consiste em: aproximar um indutor carregado que vai repelir cargas de mesmo sinal e atrair cargas de mesmo sentido, em seguida aterrar induzido ainda com a presença do indutor, após de retirar o aterramento do induzido retira-se também o indutor, e no corpo induzido restam apenas as cargas opostas as cargas do indutor.
Gerador Van Der Graaff
O gerador Van Der Graaff (G.V.D.G.) é um dispositivo que consiste em 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. Foi criado com o propósito de produzir uma diferença de potencial muito alta para acelerar partículas carregadas que se chocavam contra blocos fixos.
Figura 1. Esquema básico de um gerador Van Der Graaff.
O gerador básico com excitação por atrito é composto por uma correia de material isolante, dois roletes, uma cúpula de descarga, um motor, duas escovas ou pentes metálicos e uma coluna de apoio. O material em nosso experimento é o PVC. Os roletes são de materiais diferentes, ao menos um deles isolante (como Teflon e alumínio), para que se eletrizem de forma diferente devido ao atrito de rolamento com a correia. O motor gira os roletes, que ficam eletrizados e atraem cargas opostas para a superfície externa da correia através das escovas. A correia transporta essas cargas entre a terra e a cúpula. A cúpula faz com que a carga elétrica, que se localiza no exterior dela, não gere campo elétrico sobre o rolete superior; assim cargas continuem a ser extraídas da correia como se estivessem indo para terra, e tensões muito altas são facilmente alcançadas.
	Experimento 1: Fita de papel.
	Material: Gerador Van Der Graaff, fitas de papel, fita adesiva.
	Procedimento: Primeiramente utilizamos fita adesiva para colar as fitas de papel na cúpula do gerador Van Der Graaff, em seguida ligamos o gerador em velocidade alta.
	Fenômeno observado: as pontas soltas das fitas de papel começaram a se afastar da cúpula.(Figura 2).
Figura 2. Fitas sendo afastas pela cúpula.
	Pergunta proposta: Explique o que acontece com a fita de papel fixada no G.V.D.G.
	Respostas: Ao estar em contato com a cúpula a fita de papel é eletrizada possuindo o mesmo sinal que cúpula. E seguindo as leis de repulsão e atração, cargas com mesmo sinal se repelem, por isso as pontas das fitas se afastam da cúpula.
	Experimento 2: Chuva de confetes.
	
	Material: G.V.D.G, copo plástico pequeno, bolinhas de isopor, fita adesiva.
	
	Procedimento: Primeiro Colamos o copo de plástico no topo da cúpula do G.V.D.G com a fita adesiva, logo em seguida colocamos as bolinhas no copo e assim ligamos o G.V.D.G em alta velocidade.
	Fenômeno observado: Quanto mais o a cúpula acumulava carga mais bolinhas saltavam do copo, porem algumas bolinhas ficaram no copo.
	Pergunta proposta: Explique a chuva de confetes no G.V.D.G.
	
	Resposta: seguindo o mesmo raciocínio do experimento anterior o copo e as bolinhas ao serem eletrizados pela cúpula ficam com o mesmo sinal de carga, sendo repelidas pelo campo da cúpula e as bolinhas que não foram repelidas, não foram repelidas em decorrência ou da umidade ou por estarem abaixo do campo magnético da cúpula fazendo com que não saltassem. 
	Experimento 3: Gaiola de Faraday.
	
	Material: Gerador Van Der Graaff, fitas de papel, fita adesiva, suporte para cúpula, conexões elétricas com pinos de pressão (pinos banana).
	Procedimento: Primeiro retiramos a cúpula do gerador e a colocamos e um suporte para que não dispersasse sua energia para o aterramento, em seguida conectamos a cúpula e o gerador por uma conexão de pinos de pressão, depois foram presos com fita adesiva uma fita de papel no lado de dentro e outra no lado exterior da cúpula, logo em seguida ligasse o G.V.D.G em alta velocidade.
	Fenômeno observado: a fita colada no exterior tende a se afastar da cúpula., já a fita no interior da cúpula não possui reação.
	Pergunta proposta: Explicar o movimento das fitas condutoras no G.V.D.G.
	Resposta: Segundo o Experimento conduzindo por Michael Faraday foi possível demonstrar que uma superfície condutora eletrizada possui no seu interior campo elétrico nulo, devido a distribuição das cargas de maneira homogênea na parte mais externa do corpo, fazendo assim com que a fita mais externa reaja ao campo e a fita interna não sofra ação do campo.
 	
Experimento 4: “Vento elétrico”.
 	Material: G.V.D.G, suporte com pino de pressão e ponta agulha, torniquete elétrico.
	Procedimento: Inicialmente colocamos o suporte em cima da cúpula do gerador e em segui da põe-se o torniquete na ponta da agulha de modo que fique parado (Figura 3) e em seguida ligasse o G.V.D.G em alta velocidade.
Figura 3. Gerador Van Der Graaff com suporte e torniquete.
	Fenômeno observado: quanto mais o gerador carrega a cúpula mais o torniquete ganha velocidade.
	Pergunta proposta: Explicar o movimento o torniquete elétrico no G.V.D.G
Resposta: devido a sua forma pontiaguda quando eletrizada ela polariza os átomos da atmosfera próximas das pontas fazendo com que a pontas do torniquete “empurrem o ar”(repulsão),gerando movimento.(Figura 4). 
Figura 4. Funcionamento do torniquete elétrico.
	Experimento 5: Deflexão da Chama.
	Material: G.V.D.G, suporte com pino de pressão, vela.
	Procedimento: Primeiro colocamos o suporte no alto da cúpula do gerador, em seguida ligamos o gerador, logo depois acendemos a vela e aproximamos a chama primeiro da cúpula e depois e da ponta do suporte.
	Fenômeno observado: Ao aproximar a chama da cúpula eletrizada pode se notar que chama sofre uma pequena flexão e ao aproximarmos da ponta do suporte ela apaga.
	Pergunta proposta: Explicar a deflexão da chama da vela.
	Resposta: Quando a cúpula é eletrizada sua superfície ioniza o ar próximo fazendo com que os átomos da atmosfera sejam repelidos ou atraídos, criando o “vento elétrico”. Devido por isso a chama quando se aproxima da cúpula sofre deflexão, e ao aproximar a ponta do suporte a ionização é mais intensa devido a redução de área, com isso apagando a chama.
	Experimento 6: Acendendo uma lâmpada fluorescente.
	Material: G.V.D.G, lâmpada fluorescente.
	Procedimento: Primeiramenteligamos o gerador em alta velocidade e aproximamos a lâmpada próximo a cúpula.
	Fenômeno observado: Ao aproximarmos a lâmpada do gerador, foi possível observar que a lâmpada acendia parcialmente (luz fraca).
	Pergunta proposta: Explica por que a lâmpada fluorescente acende no G.V.D.G
	Resposta: Dentro da lâmpada existe um gás que ao sofre ação de campo elétrico gerado por um diferencial de potência (ddp), fazendo com que ele se mova em alta velocidade gerando luminosidade. Com isso a seguramos a lâmpada e aproximarmos do gerador criamos um ddp entre o gerador e a mão que segura a lâmpada ionizando o gás e acendendo a lâmpada.
Experimento 7: Linhas de campo elétrico
Material: G.V.D.G, conexões elétricas com pinos de pressão (pinos banana), barra metálica, anel metálico, fubá e óleo de soj, mesa projetada para adesão magnética.
Procedimento: Esse experimento consiste em 3 partes, todas elas baseadas no princípio de atração e repulsão. 
1°: Colocamos o óleo e o fubá no recipiente da mesa de adesão, e ligamos o polo a umas das conexões no topo da cúpula e o outro polo a outra conexão ligado ao aterramento do G.V.D.G. E aproximamos a pontos de polos diferentes e ligamos o gerador.
2°: Retiramos um dos pontos dos polos e adicionamos uma barra metálica, em seguida, ligamos o gerador.
3°: Retiramos a barra e colocamos um anel ligado a um dos polos e direcionamos a ponta do segundo polo para o centro do anel, logo depois, ligamos o gerador.
	Fenômeno observado: 
1°: Quando os dois pontos estão eletrizados com cargas opostas baseado no princípio de atração e repulsão, elas tendem se a trair gerando campo elétrico entre elas e acomodando o fubá nas linhas de campo formadas pelo campo elétrico (Figura 5).
Figura 5. Experimentos de linhas de campo elétrico.
 2°: O segundo experimento segue o mesmo princípio do experimento interior, porém ao adicionarmos a barra, a carga elétrica se espalha homogeneamente pela barra, fazendo com que o campo fique mais “aberto” que o anterior, ou seja a campo elétrico muda sua forma de acordo com a forma do corpo eletrizado.
3°: Ao trocarmos a barra pelo anel metálico, demonstra o mesmo efeito acima o campo toma forma radial devido a atração das cargas opostas as cargas do ponto no centro do anel. 
Tabela 1. Série triboelétrica
Figura 6. Gerador Van Der Graaff cidepe e acessórios.
1- Domo ou cúpula removível, sem emendas;
2- Coluna isolante principal, com roletes tracionadores e alinhadores, tanto no conjunto
superior quanto no inferior, dotados de micro rolamentos blindados;
2.1, 2.2, 2.3 e 42.4 - roletes;
2.5 e 2.6 - plaquetas;
2.7 - Pente;
3- Base de sustentação metálica conectada à terra, dotada de sapatas niveladoras
isolantes e contendo motor elétrico embutido, sistema de regulagem da correia
tracionadora, painel de controle eletrônico da velocidade e partida e giro do motor, e
sistema de segurança por corrente de baixa amperagem;
3.1 - Chave geral;
3.2 - Potenciômetro para regulagem da velocidade do motor;
3.3 - Lâmpada piloto;
4- Correia ou cinta de borracha;
5- Cuba cilíndrica;
6- Fixadores para retenção dos eletrodos;
7- Base independente projetável;
8- Conjunto de eletrodos auxiliares de diversos formatos;
9- Esfera auxiliar de descarga com bastão;
10- Conexões elétricas com pinos de pressão (pinos banana);
11- Frasco de talco, para evitar o travamento da correia;
12- Frasco de polvilho de milho;
13- Torniquete (molinete) elétrico com pivô (pino de pressão ou pino banana, com
agulha);
14- Eletrodo com gancho para eletroscópio;
15- Lâminas de alumínio (lâminas ou folhas de eletroscópio);
16- Eletrodos pontuais de transferência;
17- Eletrodo em forma de L, finalizado com ponta (pino de pressão ou pino banana, com
eletrodo em forma de L, finalizado com ponta);
18- Capacitor de placas paralelas simples;
19- Cabo de alimentação.
CONCLUSÕES
Conclui-se que através dos experimentos a importância dessa área de estudo da elétrica. Está pratica possibilitou uma melhor compreensão dos princípios de força eletrostática e do campo elétrico. E que o objetivo do gerador Van Der Graaff é simular descargas elétricas.
	Pode-se concluir também com este experimento podemos compreender a importância das suas aplicações no cotidiano como por exemplo o princípio de funcionamento de um para-raio ou do funcionamento de uma lâmpada.
REFERÊNCIAS
1. "Processos de Eletrização" em Só Física. Virtuous Tecnologia da Informação, 2008-2018. Consultado em 02/04/2018 às 14:40. Disponível na Internet em http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/eletrizacao2.php
2.Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira, Gerador Eletrostático de Van Der Graaff.
3. Imagens retiradas do Google.