1 Relatório de Experimento Processo de Eletrização

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO
FACET-FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
JHON LEO DE SOUZA DORN
RELATÓRIO DE EXPERIMENTO – PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
SINOP – MT
2018
JHON LEO DE SOUZA DORN 
RELATÓRIO DE EXPERIMENTO – PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
Relatório de experimentos práticos laboratoriais, apresentado ao curso de Engenharia Elétrica da Universidade do Estado de Mato Grosso, disciplina de Laboratório de Física III, como requisito metodológico adotado pelo professor Muriel André de Moura.
SINOP - MT
2018
SUMÁRIO
1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA___________________________________________03
1.1 O ÁTOMO_____________________________________________________________03
1.2. CARGA ELÉTRICA ____________________________________________________04
1.3 CONSERVAÇÃO DE CARGA ____________________________________________04
1.4 LEI DE COULOMB _____________________________________________________05
1.5 ISOLANTES E CONDUTORES____________________________________________05
1.6 ELETRIZAÇÃO ________________________________________________________05
1.6.1 Contato______________________________________________________________05
1.6.2 Atrito _______________________________________________________________06
1.6.3 Indução______________________________________________________________06
2 MATERIAIS ____________________________________________________________07
2.1 MATERIAIS DO EXPERIMENTO I – ELETRIZAÇÃO POR ATRITO _____________07
2.2 MATERIAIS DO EXPERIMENTO II – ELETRIZAÇÃO POR CONTATO __________07
2.3 MATERIAIS DO EXPERIMENTO III – ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO__________07 
3 MÉTODOS _____________________________________________________________08
3.1 METODOLOGIA DO EXPERIMENTO I – ELETRIZAÇÃO POR ATRITO _________08
3.2 METODOLOGIA DO EXPERIMENTO II – ELETRIZAÇÃO POR CONTATO ______09
3.3 METODOLOGIA DO EXPERIMENTO III – ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO ______09
4 RESULTADOS __________________________________________________________10
4.1 RESULTADOS DO EXPERIMENTO I – ELETRIZAÇÃO POR ATRITO ___________10
4.2 RESULTADOS DO EXPERIMENTO II – ELETRIZAÇÃO POR CONTATO________11
4.3 RESULTADOS DO EXPERIMENTO III – ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO________11
5 CONCLUSÃO ___________________________________________________________12
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS_________________________________________13
1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O estudo sobre a eletricidade iniciou-se na antiguidade, por filósofos da Grécia antiga, onde observaram os primeiros fenômenos elétricos, onde observaram que ao atritar um pedaço de âmbar em pele de animal e depois esse pedaço de âmbar ao se aproximar de pedaços de palha, esta seria atraída pelo âmbar, atraindo também outros pequenos objetos. Filósofos descobriram também que um certo tipo de pedra ao ser aproximado de pedaços de ferro, o ferro seria atraído pela pedra, onde essa pedra era na verdade um imã natural.
Porém a eletricidade só iria se desenvolver (e ser descoberto em sua totalidade) com estudos concretos no fim do século XVIII e início do XIX, mais de dois mil anos depois das primeiras descobertas pelos gregos. Ao longo vários experimentos simples, foi demostrado a existência de forças eletrostáticas. 
1.1 O ÁTOMO 
Toda matéria ao nosso redor é formada por partículas minúsculas, denominadas átomos. A ideia que de que a matéria é composta por átomos, é formada pelos gregos do século V a.C. Que acreditavam que o átomo era indivisível e maciço, mas no começo do século XX ficou provado que ele é descontínuo, sendo formado por partículas menores e ainda por subpartículas (HEWITT, 2002). Um átomo é constituído de três partículas tidas como elementares, caracterizadas pelas suas cargas elétricas e massas, são elas: Próton - partícula de carga elétrica positiva, situada no núcleo do átomo, junto aos nêutrons. Nêutron - partícula de carga elétrica neutra, encontra-se no núcleo junto com os prótons, sendo esta teoricamente nula. É indispensável em todos os núcleos atômicos, pois este é responsável por mantê-lo estabilizado. Elétron - partícula de carga elétrica negativa, que se dispõe em orbita ao redor do núcleo, na eletrosfera, o que gera o denominado campo eletrônico, o qual pode ser eletrostático ou eletrodinâmico. A carga dos elétrons é oposta à dos prótons, entretanto é numericamente igual à carga dos últimos em módulo. 
Para um átomo ser estável é indispensável que o número de carga dos prótons e elétrons seja igual, é importante salientar que apesar de cargas iguais, as massas são distintas. A eletrosfera é atraída pelo núcleo devido às cargas elétricas opostas. A eletrosfera é atraída pelo núcleo devido às cargas elétricas opostas. A eletrosfera tem carga elétrica negativa equivalente à carga elétrica positiva dos prótons do núcleo. Por isso, quando há uma mesma quantidade de prótons e elétrons diz-se que o átomo é eletricamente neutro. De acordo com a Mecânica Quântica ainda há algumas propriedades inerentes a todo átomo. Sendo alguma delas: Os prótons e nêutrons devem estar agrupados em uma massa central (núcleo) onde equilibram-se as forças de repulsão elétrica e as forças de atração gravitacionais (massas). Os elétrons, por não terem massa, movimentam-se em órbitas ao redor deste núcleo (região chamada eletrosfera). A quantidade de elétrons deve ser igual à de prótons, para manter a neutralidade elétrica do átomo. Na eletrosfera os elétrons distribuem-se em 7 camadas. Às camadas são preenchidas a partir do núcleo e a última não tem mais que 8 elétrons. Os átomos são incrivelmente pequenos, um átomo é tantas vezes menor, que uma estrela media é maior que um ser humano em relação ao átomo, o diâmetro do átomo chega a ser até 100.000 vezes maior que o diâmetro do núcleo. Os átomos não têm idade, são tão antigos quanto o universo
1.2. CARGA ELÉTRICA 
As partículas positivas e negativas da matéria são portadores de carga elétrica. Carga é a quantidade fundamental presente em todos os fenômenos elétricos. Às partículas possivelmente carregadas da matéria ordinária são os prótons, e as negativamente carregadas são os elétrons (HEWITT, 2002). A carga elétrica de um corpo pode ser descrita como sendo o desequilíbrio entre a quantidade de prótons e elétrons deste, afinal quando estes estão em equilíbrio a carga elétrica será nula. E em caso contrário, quando há desequilíbrio, estes podem ter carga positiva, quando houver um número menor de elétrons, ou negativa, quando o número de elétrons for maior que o número de prótons. A falta e/ou o excesso de elétrons em um corpo é consequência do fato dos elétrons, que diferente dos prótons, são dinâmicos, possuindo capacidade de transferir-se de um corpo a outro, assim como locomover-se na eletrosfera do próprio átomo. Então, quando um corpo que estava originalmente neutro passa a ter carga negativa ou positiva, significa que ele ganhou ou perdeu elétrons, respectivamente. 
1.3 CONSERVAÇÃO DE CARGA 
Um átomo neutro, existe o mesmo número de elétrons e prótons, de modo que a carga líquida é nula. As positivas cancelam exatamente as negativas. Se um elétron for removido de um átomo, então ele não será mais neutro, gerando um desequilíbrio em um objeto. Porém quando algo é eletricamente carregado, nenhum elétron é criado ou destruído, eles são simplesmente transferidos de um material para outro. A carga é conservada. (HEWITT, 2002).
1.4 LEI DE COULOMB 
Lei da Atração e Repulsão: Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais opostos se atraem. Conservação de quantidade de carga elétrica: Num sistema eletricamente isolado a soma algébrica das cargas positivas e negativas permanece sempre constante. A lei de Coulomb considera que duas cargas Q1e Q2 separadas por uma distância de imersas no vácuo, e que essas cargas podem sofrer atração ou repulsão, sendo que cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem.(HEWITT, 2002).
1.5 ISOLANTES E CONDUTORES 
Condutores são materiais nos quais as cargas elétricas se deslocam de maneira relativamente livre e os isolantes são materiais nos quais as cargas elétricas não se deslocam livremente (SERWAY, 2004). Os metais são materiais que são fáceis de se conduzir uma corrente elétrica, porque um ou mais elétrons das camadas mais externas desses átomos não estão firmemente presos ao núcleo, ou seja, são praticamente livres para vagar pelo material, sendo assim conhecidos como bons condutores de corrente elétrica. (HEWITT, 2002). Outros materiais como a borracha e vidro, os elétrons estão firmemente ligados e pertencem de fato a átomos individuais, eles não estão livres para vagar por entre outros átomos do material, logo se conclui que são mal condutores e bons isolantes. (HEWITT, 2002).
1.6 ELETRIZAÇÃO 
Eletrizar um corpo significa transferir ou retirar elétrons deste, de modo que seja possível gerar uma alteração em suas cargas elétricas originais, um exemplo disto, é fazer com que um corpo neutro se torne eletricamente negati0vo. Existem três modos principais de eletrização: por contato, por atrito e por indução.
1.6.1 Contato 
A eletrização por contato consiste em uma eletrização em que um corpo A carregado eletricamente irá entrar em contato com um corpo B, o qual pode ou não estar carregado eletricamente, e através do contato haverá troca eletrônica, e consequentemente de cargas elétricas, visando alcançar um equilíbrio em que os dois corpos, A e B, estão eletricamente com uma mesma carga e sinal. O cálculo da eletrização por contato consiste em uma média aritmética. 
1.6.2 Atrito 
Diferente da eletrização por contato, neste tipo de eletrização não há necessidade de um dos corpos estar eletrizado. Ao atritar dois corpos com composições distintas, haverá troca eletrônica, de modo que os corpos terão cargas opostas. 
1.6.3 Indução 
A Indução consiste em um tipo de eletrização, na qual não há contato entre os corpos. Um indutor A com cargas elétricas negativas a um condutor B neutro, este terá cargas positivas e negativas situadas na sua superfície. Se o condutor B for ligado à terra, as cargas de mesmo sinal de A, que no caso são negativas, são descarregadas à terra, fazendo assim com que o condutor que antes era neutro, se torne eletrizado com cargas positivas. O mesmo ocorre quando se tem um indutor A com cargas positivas, o condutor neutro ou induzido possuirá cargas positivas e negativas na sua superfície, caso ele seja ligado a terra as cargas positivas serão anuladas pelas cargas negativas da terra e assim o corpo indutor se torna eletrizado com cargas negativas. De forma resumida, o condutor ou corpo induzido se eletrizará sempre com cargas opostas ao indutor.
 
2 MATERIAIS
2.1 MATERIAIS DO EXPERIMENTO I – ELETRIZAÇÃO POR ATRITO
A seguir temos os materiais utilizados para o desenvolvimento do primeiro experimento:
-Papel alumínio;
-Canudo plástico;
-Papel toalha/guardanapo de papel.
2.2 MATERIAIS DO EXPERIMENTO II – ELETRIZAÇÃO POR CONTATO
A seguir temos os materiais utilizados para o desenvolvimento do segundo experimento:
-Tripé para pêndulo;
-Isolante de nylon;
-Haste tipo “J”;
-Papel alumínio;
-Canudo plástico;
-Papel toalha/guardanapo de papel;
-Bastão de diversos matérias: vidro, pvc, polipropileno e acrílico.
2.3 MATERIAIS DO EXPERIMENTO III – ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO
A seguir temos os materiais utilizados para o desenvolvimento do terceiro experimento:
-Haste de polipropileno com orifício central;
-Suporte para haste;
-Canudo plástico;
-Papel toalha/guardanapo de papel;
-Bastão de diversos matérias: vidro, pvc, polipropileno, poliacetal e acrílico.
3 MÉTODOS
3.1 METODOLOGIA DO EXPERIMENTO I – ELETRIZAÇÃO POR ATRITO
A metodologia do experimento I foi realizada da seguinte maneira: primeiramente foi picado pedacinhos de papel alumínio e colocado sobre a mesa, em seguida foi friccionado a extremidade do canudo plástico com um pedaço de papel toalha, conforme na figura 1, então foi analisado e anotado o que ocorreu no experimento. 
Figura 1: imagem de um canudo atritado negativamente, atraindo o papel ao se aproximá-lo dele.
Em seguida foi aproximado o canudo plástico nos pedacinhos de papel alumínio picotado, em seguida foi analisado o que ocorreu. Posteriormente foi friccionado o canudo plástico com o papel toalha e colocado na parede e no vidro da janela, conforme a figura 2, novamente foi analisado o que ocorreu.
Figura 2: imagem de um canudo atritado negativamente, colocado na parede.
3.2 METODOLOGIA DO EXPERIMENTO II – ELETRIZAÇÃO POR CONTATO
A metodologia do experimento II foi realizada da seguinte maneira: primeiramente montamos um pêndulo eletrostático utilizando um tripé, isolante de nylon e haste tipo “J”, foi retirado um fio de nylon e marrado na extremidade da haste tipo “J”, logo na extremidade do fio de nylon foi colado um papel de alumínio com diâmetro de 10mm. Em seguida foi friccionado com energia o extremo do canudo de plástico no papel toalha e aproximado do pêndulo de alumínio conforme na figura 3. O mesmo experimento foi repetido, porém com outros materiais, como bastões de: vidro, PVC, polipropileno e acrílico. Novamente foi analisado e identificado os fenômenos eletrostáticos para cada material. 
Figura 3: imagem ilustrativa do canudo se aproximando do pêndulo eletrostático.
3.3 METODOLOGIA DO EXPERIMENTO III – ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO
A metodologia do experimento III foi realizada da seguinte maneira: foi montado um equipamento utilizando um suporte para haste, e colocado a haste de polipropileno como orifício central. Em seguida foi eletrizado com papel toalha o extremo do canudo de plástico e aproximado do bastão de polipropileno em equilíbrio horizontal. Após a análise do primeiro procedimento, retirou se o bastão do suporte e eletrizou no papel toalha com forte fricção apenas uma das extremidades do bastão, tendo um extremo eletrizado e outro neutro, foi recolocado o bastão no suporte horizontal e aproximado o canudo plástico eletrizado na extremidade do bastão também eletrizado, depois o canudo plástico eletrizado foi aproximado do lado neutro do bastão, foram analisadas as reações dos fenômenos eletroestáticos e anotadas. Posteriormente foi eletrizado com papel toalha e com forte ficção os extremos dos bastões de acrílico, vidro, PVC e poliacetal, e um por um foi aproximado do bastão de polipropileno eletrizado, em foi analisado as reações de cada um deles. 
4 RESULTADOS
4.1 RESULTADOS DO EXPERIMENTO I – ELETRIZAÇÃO POR ATRITO
Quando dois corpos são atritados, ocorre uma migração de elétrons de um corpo para o outro. O que recebe elétrons adquire carga elétrica negativa e o outro perde elétrons, logo adquire carga elétrica positiva. Ao friccionar com energia o extremo do canudo com um pedaço de papel toalha, o canudo recebeu elétrons, ou seja, adquiriu cargas elétricas negativas e o papel toalha perdeu elétrons e ficou eletrizado positivamente, conforme a série triboelétrica que é utilizada para designar uma listagem de materiais em ordem crescente quanto à possibilidade de perder elétrons.
Ao aproxima o canudo plástico próximo ao papel alumínio picotado, os pedacinhos foram atraídos pelo canudo plástico, isso aconteceu porque o papel alumínio é um metal que alta condutibilidade e tem grande capacidade de transferir cargas elétricas, como a distância e as cargas dos objetos são proporcionais, uma força de atração foi realizada entre o canudo plástico (eletrizado negativamente) e o papel alumínio (neutro), mas acabaram se atraindo também devido ao princípio de cargas elétricas com sinais opostas se atraem, havendo então, a atração entre as cargas negativas do canudo de plástico e as cargas positivas do papel alumínio picotado.
Percebeu se também, que o canudo plástico (quando eletrizado negativamente) se for colocado na parede ou sobe vidro, ele fica “colado” junto aparede ou o vidro. Isso ocorre porque o canudo atraiu as cargas elétricas positivas das mesmas, de maneira que a distância entre as cargas sejam tão pequenas e/ou as cargas dos objetos tão grandes, de maneira que uma força de atração ocorra entre o canudo e a parede/vidro, sendo maior que a força de repulsão.
4.2 RESULTADOS DO EXPERIMENTO II – ELETRIZAÇÃO POR CONTATO
Já no experimento de eletrização por contato, foi friccionar com energia o extremo do canudo com um pedaço de papel toalha novamente, porém foi aproximado do pêndulo de alumínio, observou-se que houve atração entre os materiais, o pêndulo de alumínio foi atraído devido a cargas opostas, e se atraíram, pois, o canudo estava eletrizado negativamente e o pêndulo de alumínio neutro. Após isso percebeu-se que o pêndulo de alumínio logo após a atração e o contato com o canudo, foi repelido pelo canudo plástico, pois ficou eletrizado pela mesma carga do canudo plástico e ficaram com a mesma carga, pois cargas de sinais iguais se repelem.
Ao repetir o experimento, porém substituindo o canudo plástico por um bastão de vidro, o mesmo foi friccionado em seu extremo com um papel toalha e ao aproximá-lo do pêndulo de alumínio (lembrando que o mesmo estava eletrizado negativamente) houve um atração entre o pêndulo e o bastão de vidro, logo concluiu-se que o bastão de vidro quando friccionado com um papel, tende a se carregar positivamente, devido a série triboelétrica, onde o vidro tem maior capacidade de adquirir cargas positivas do que o papel. Foi observado que mesmo com o pêndulo eletrizado, diferentes materiais se comportam de maneira diferente, ou seja, alguns materiais quando atritado com o papel toalha, ficaram eletrizados positivamente e outros eletrizados negativamente, causando atração e repulsão. O experimento foi repetido com outros materiais como os bastões de PVC, polipropileno e acrílico, todos eles se eletrizam negativamente quando atritados com o papel.
4.3 RESULTADOS DO EXPERIMENTO III – ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO
Neste experimento eletrizamos novamente o extremo do canudo plástico e aproximamos ao bastão de polipropileno (neutro), foi observado que foi eletrizado negativamente com o papel, atraiu o bastão de polipropileno, devido a atração entre as cargas positivas do bastão e das cargas negativas do canudo. Ao eletrizar uma das extremidades do bastão, temos um lado do bastão eletrizadoe outro neutro. Ao aproximar um canudo na extremidade do bastão também eletrizado, observou se que houve uma força repulsão, devido os dois materiais estarem eletrizados negativamente. E a aproximar o canudo plástico na outra extremidade neutra do bastão, houve uma força de atração, devido a atração das cargas posistivas do bastão neutro com as cargas negativas do canudo.
Foi repetido o experimento de de indução, porém com outros bastões no lugar do canudo, como bastões de poliacetal/vidro/PVC/acrílico, onde os mesmos forma atritados com papel toalha e aproximado do bastão de polipropileno, em todos os casos os bastões se eletrizaram positivamente com o atrito com o papel, percebendo posteriormente que todos foram repelidos por ambos os lados do bastão de polipropileno. 
5 CONCLUSÃO
Todos os experimentos serviram para observar e comprovar a existência de cargas elétricas, bem como o seu comportamento em diferentes tipos de materiais. E que para se observar os fenômenos eletroestáticos é necessário o uso de diferentes tipos de materiais e em condições favoráveis. Sendo assim, foi possível observar e compreender as propriedades das forças de atração e repulsão entre dois ou mais materiais, porém é necessário que a somatória de suas cargas não seja nula, e que existam cargas positivas ou negativas em excesso no material, como pôde ser visto nos experimentos realizados.
Foi possível observar e analisar os processos de eletrização por atrito, contato e indução, nos experimentos realizados, que contém conceitos importantes para a compreensão do estudo de Eletricidade.
Podemos concluir que o resultado foi muito satisfatório, e através destes experimentos provou-se que a eletrostática é um importante ramo da física, visto que há diversos efeitos eletrostáticos que são aplicados em nossa vida cotidiana. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamento de física, volume 3: eletromagnetismo. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009. v.3
HEWITT, Paul G. Física conceitual. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002.
SERWAY, Raymond A; JEWETT, John W. Princípios de física: eletromagnetismo. 3. ed. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2004. v.3
	
TIPLER, Paul A. Física: para cientistas e engenheiros. 4. ed. Rio de Janeiro: TLC, 2000. v.2