RELATORIO DE FISICA EXPERIMENTAL III

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FACULDADE ESTÁCIO DE NATAL
CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
CAMPO ELÉTRICO
VERIFICAR PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO, FORÇA DE ATRAÇÃO E REPULSÃO ENTRE CARGAS, LEI DE COULOMB E GERADOR DE VAN DE GRAAFF
NATAL/RN
2016
FACULDADE ESTÁCIO DE NATAL (FCC)
ENGENHARIA
FÍSICA TEÓRICA EXPERIMENTAL III
ALANDERSON LEONARDO FERNANDES PONTES
ALISSON ARAUJO CAVALCANTE
GEORGE BRANDÃO
VICTOR HUGO AIRES PIMENTEL DA SILVA
RELATORIO DE FISICA EXPERIMENTAL: CAMPO ELÉTRICO
VERIFICAR PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO, FORÇA DE ATRAÇÃO E REPULSÃO ENTRE CARGAS, LEI DE COULOMB E GERADOR DE VAN DE GRAAFF.
Trabalho apresentado à Disciplina Física Teórica e Experimental III, como requisito para aprovação parcial, sob orientação do Prof. Ubiratan. 
OUTUBRO / 2016
Natal/RN
INTRODUÇÃO
Os processos de eletrização já foram bastante estudados por diversos nomes da ciência, no entanto o que conseguimos entende nesses experimentos é que a eletrização de um corpo pode ocorrer pelo atrito, contato, ou ainda pela indução, esses métodos serão descritos em detalhes e haverá também descrição pratica através dos experimentos realizados.
Os experimentos feitos objetivam mostrar a natureza elétrica da matéria já bem conhecida, e estudada anteriormente por vários cientistas, mas que ainda continuam causando admiração, e despertando o interesse e curiosidade de todos os que os observam
INDICE
OBJETIVO
Temos como por objetivo mapear as configurações de forças dos eletrodos de vários formatos, com isso interpretamos, a partir das linhas de forças o comportamento do campo elétrico gerado, nas proximidades de dois eletrodos com formatos diferentes. 
METODOLOGIA
01 gerador eletrostático de correia;
01 cuba cilíndrica (4);
01 mesa projetável (5) com:
• fixadores e bornes;
01 conexões elétricas preta com pinos de pressão;
01 conexões elétricas vermelha com pinos de pressão;
01 conjunto de eletrodos com:
• 01 eletrodo em anel maior;
• 01 eletrodo em anel menor;
• 02 eletrodos retos;
• 01 eletrodo com gancho (12);
• 02 eletrodos pontuais (14).
50 g de milho granulado (9);
• grão médio ou similar (tipo CBS).
01 frasco de pó de caulim (10);
• destinado a evitar o travamento da correia
.
REFERENCIAL TEÓRICO 
01 gerador eletrostático de correia;
01 cuba cilíndrica (4);
01 mesa projetável (5) com:
• fixadores e bornes;
01 conexões elétricas preta com pinos de pressão;
01 conexões elétricas vermelha com pinos de pressão;
01 conjunto de eletrodos com:
• 01 eletrodo em anel maior;
• 01 eletrodo em anel menor;
• 02 eletrodos retos;
• 01 eletrodo com gancho (12);
• 02 eletrodos pontuais (14).
50 g de milho granulado (9);
• grão médio ou similar (tipo CBS).
01 frasco de pó de caulim (10);
• destinado a evitar o travamento da correi
PRÁTICA I 
Figura 01: Prática I
Figura 01.1: Prática 01 em execução.
PRÁTICA II
Figura 02: Prática II
Figura 02.2: Em execução a prática II
Vídeo 02.2.1: Em execução na pratica, link disponível abaixo.
https://drive.google.com/open?id=0ByACSYLxZoq7VnVqRWc2MjFNNTg
PRÁTICA III
Figura 03.1: Prática a ser executada
Figura 3.2: Prática em execução.
Vídeo: https://drive.google.com/open?id=0ByACSYLxZoq7LUxvMGpUTVVRZUk
PRÁTICA IV
Figura 4.1: Prática a ser executada
 Figura 4.2: Prática em Execução. 
Vídeo : https://drive.google.com/open?id=0ByACSYLxZoq7SnNDczhwUjR0ZkE
 
PRÁTICA V
Figura 05.1: Prática a ser executada
Figura 05.2: Prática em execução
Vídeo 05.2.1: Prática em execução. (Link disponível) 
https://drive.google.com/open?id=0ByACSYLxZoq7YTlzZ29NR0VZeEU
PRÁTICA VI
Figura 6.1: Prática a ser executada.
Figura 6.2: Prática em execução.
COMENTÁRIO SOBRE OCORRIDO NA PRÁTICA I, II, III, IV, V E VI
Foi possível observar e analisar o processo de eletrização por atrito, a força eletrostática pode se mostrar maior que a força gravitacional em alguns casos, cabendo o resultado ao tipo de material utilizado.
Valendo salientar também que está valendo o princípio da conservação das cargas elétricas, que diz que a quantidade de cargas elétricas antes do contato é igual à quantidade de cargas elétricas depois do contato. Se os dois corpos forem absolutamente idênticos, no final da experiência eles ficarão com a mesma quantidade de carga elétrica, que será determinada pela média aritmética da quantidade de cargas antes do contato, sendo assim, eles não apresentam atração e nem repulsão.
Diante das informações apresentadas e experimentos realizados, pode-se observa que muito valeu a atividade no que tange ao acréscimo de conhecimento acerca do processo de eletrização por contato e sua aplicação no cotidiano.
Com o experimento pudemos mostrar a existência de cargas elétricas, bem como suas propriedades de atração e repulsão. Também podemos dizer que os fenômenos elétricos só podem ser observados em determinadas condições, ou seja, para que haja repulsão ou atração entre dois ou mais materiais é preciso que a somatória de suas cargas não seja nula. Isso quer dizer que é preciso que hajam cargas positivas ou negativas em excesso no material, como pôde ser visto nos experimentos realizados.
Estes experimentos são bem simples, mas contém conceitos importantes (eletrostática) para a compreensão do estudo de Eletricidade.
Portanto pode-se comprovar que as linhas de força são sempre perpendiculares às superfícies dos eletrodos desta forma nunca podendo ser paralelas aos mesmos, pois as linhas demonstram o trajeto do campo elétrico de um eletrodo ao outro como que se formando uma ponte entre eles para a circulação da corrente elétrica, constatou-se assim, a existência do campo elétrico e fez-se o seu mapeamento com o auxilio da farinha de mandioca sobre o óleo de rícino.
Com o conhecimento teórico de Campo Elétrico obtido a principio, vislumbra-se pelos experimentos realizados sua ação prática que condiz com a ação teórica. Com relação ao alinhamento da farinha de mandioca, ao contrário dos materiais condutores, os dielétricos podem armazenar energia em seu interior. Isso é possível porque ao se aplicar um campo elétrico externo em um dielétrico não ocorre a movimentação de cargas livres, mas um deslocamento relativo nas posições das cargas negativas (elétrons) e positivas, dando origem às cargas polarizadas.
Somente com a aplicação de um campo elétrico é que as cargas positivas e negativas se deslocam buscando um alinhamento na direção das linhas de força do campo em uma formação, por esta razão é que as partículas de milho se alinham quando energizados os eletrodos.
QUESTIONÁRIO 
1) Sendo as partículas de milho dielétricos e eletricamente neutras, explique como elas puderam interagir com o campo elétrico 
Resposta:
Quando foram submetidos a um campo elétrico acima do limite de sua rigidez dielétrica Os mesmos tendem a se ionizar tornando-se condutores.
2) As linhas de campo eram sempre perpendiculares às superfícies metálicas? 
Resposta:
Em campos elétricos uniformes as linhas de campo são perpendiculares, pois o vetor campo elétrico é constante.
3) Por que o campo elétrico não pode ter componentes (linhas de campos) paralelas aos eletrodos junto as suas superfícies. 
Resposta:
Não poderia, pois as linhas se cruzariam, e as linhas de campo nunca se cruzam; se houvesse cruzamento teríamos, num mesmo ponto, dois vetores campo elétrico
VERIFICAR PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO, FORÇA DE ATRAÇÃO E REPULSÃO ENTRE CARGAS, LEI DE COULOMB E GERADOR DE VAN DE GRAAFF.
REFERENCIAL TEÓRICO
Carga Elétrica
O modelo atômico que hoje conhecemos nos explica a origem de toda eletricidade. As partículas elementares estáveis do átomosão os prótons, os elétrons e os neutros. Embora prótons e elétrons possuam massas diferentes suas cargas elétricas são opostas, ou seja, de mesmo modulo, porém de sinais diferentes. Convencionou-se atribuir ao próton uma carga elétrica positiva, ao elétron uma carga elétrica negativa e ao nêutron uma carga elétrica nula.
No S.I. , a unidade de quantidade de carga elétrica é o Coulomb (C). O próton e o elétron possuem a mesma quantidade de carga elétrica em modulo, e esse valor é denomindoquantidade de carga elementar  =1,6*10^-19 C.
Q= n*
Quando o número de prótons em um átomo ou em uma molécula qualquer é igual ao número de elétrons, o átomo ou a molécula são eletricamente neutros. Se o número de prótons for diferente do número de elétrons, teremos um íon (átomo ou molécula eletrizado)
	Corpo Eletricamente Neutro
	
	
	Corpo Eletrizado Positivamente
	
	Cedeu Elétrons
	Corpo Eletrizado Negativamente
	
	Recebeu Elétrons
PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
Os processos de eletrização acarretam uma transferência de elétrons entre corpos. Vejamos os principais.
Eletrização por atrito
Ao atritarmos rigorosamente dois corpos, A e B, estamos fornecendo energia para que haja transferência de elétrons de um para o outro. Quando os corpos atritados estão isolados, ou seja, não estão sofrendo a influência de outros corpos, as cargas elétricas cedidas por um são exatamente as adquiridas pelo outro:
Para que haja eletrização por atrito, a primeira condição necessária é que os corpos devem ser de materiais diferentes; ou seja, eles mão podem ter a mesma tendência de ganhar ou de perder elétrons.
A segunda condição é que, na eletrização por atrito, pelo menos um dos corpos deve ser isolante. Se atritarmos dois condutores, eles não vão manter a eletrização.
Eletrização por Contato
A eficiência desta forma de eletrização depende de os corpos serem condutores ou isolantes. Se um deles for isolante, a eletrização será local, isto é, vai se restringir aos pontos de contato. Quando, porém, os dois são condutores, um eletrizado e o outro neutro, são colocados em contato, podemos imagina-los como um único corpo eletrizado. A separação entre eles resulta em dois corpos eletrizados com cargas de mesmo sinal.
Generalizando, podemos afirmar que, na eletrização por contato:
Os corpos ficam eletricamente neutros ou com cargas de mesmo sinal;
Quando o sistema é formado por corpos isolados de influência externa, a quantidade de carga elétrica total final, de acordo com o principio da conservação de energia, é igual à quantidade de carga elétrica total inicial; para dois corpos, A e B, com cargas elétricas iniciais e e cargas elétricas finais e temos:
Em particular, se os corpos A e B forem “iguais’’(mesma capacidade eletrostática), eles ficam com quantidades de cargas elétricas finais iguais, isto é:
Eletrização por Indução
Neste tipo de eletrização, não há contato entre os corpos. Primeiramente precisamos de um corpo eletrizado (A), denominado indutor, que tanto pode ser condutor como isolante, já que não terá contato com o outro. O segundo corpo (B) a ser eletrizado, denominado induzido, deve ser condutor, podendo ser, inclusive, uma solução eletrolítica ou ainda dois corpos (B1 e B2) ligados eletricamente.
O indutor (A), eletrizado positivamente, atrai as cargas elétricas negativas do induzido (B). Assim, na face do induzido mais próxima do indutor, temos acúmulo de cargas negativas, que não chegam até o indutor porque o ar entre eles é isolante. Por outro lado, a face do induzido mais afastada do indutor fica positiva.
A esta altura o corpo (B) não está eletrizado, pois o número de prótons no corpo continua igual ao número de elétrons. Dizemos então que o corpo (B) está induzido, porque houve apenas uma separação de cargas. Quando retirarmos o indutor, as cargas no induzido se reagruparam.
Para eletrizar o induzido, devemos na presença do indutor, estabelecer o contato do induzido com um terceiro corpo, chamado de terra. Este terceiro corpo pode ser um condutor qualquer. 
Na presença do indutor, desfazemos o contato entre (B) e o terra; em seguida afastamos os corpos, e o corpo (B) fica eletrizado, com carga oposta à do indutor (A).
LEI DE COULOMB
Quando os corpos estão eletrizados, há uma interação elétrica entre eles. A intensidade desta força elétrica diminui à medida que aumentamos a distância de separação. A direção da força entre eles e a direção que os une. Com relação ao sentido, temos que:
Se forem eletrizados com cargas elétricas de mesmo sinal, a força elétrica será de repulsão.
Se forem eletrizados com cargas elétricas de sinais contrários, a força será de atração.
Coube ao físico francês Charles Augustin de Coulomb constatar que a intensidade da força elétrica é diretamente proporcional dos módulos da quantidade de carga elétrica de cada corpo e inversamente proporcional ao quadrado da distancia que os separa:
Nesta expressão, F representa a intensidade da força elétrica; K é uma constante que depende do meio em que estão imersos os corpos; Q1 e Q2 são os módulos das quantidades de carga elétrica dos corpos; r é a distancia de separação entre os corpos.
No SI, temos: F em Newtons (N); Q1 e Q2 em Coulombs(C); em metros(m); e em 
. Para o vácuo, a constante vale .
Gerador de Van de Graaff
É de conhecimento geral que um condutor carregado tem suas cargas distribuídas na superfície externa. Com base neste fenômeno, qualquer carga no interior de uma esfera metálica, em contato com a superfície interna da mesma, se deslocara imediatamente para sua superfície externa. Esse é o principio de funcionamento do gerador de Van de Graaff.
PROCEDIMENTOS
1º Procedimento
ATRAÇÃO OU REPULSÃO ENTRE CARGAS ELÉTRICAS 
1- Suspenda um canudo de polipropileno, através do suporte. Friccione com papel uma das extremidades do canudo suspenso. Friccione, do mesmo modo, o outro canudo de polipropileno e aproxime-o do bastão suspenso. Observe e descreva.
Resposta:
Na eletrostática temos a Eletrização por atrito, no inicio o canudo, bastão e o papel eram eletricamente neutros, ou seja tinham o mesmo numero de prótons e elétrons, ao atritarmos o canudo com o papel, o canudo fica eletrizado negativamente ( mais elétrons do que prótons) e o papel fica eletrizado positivamente ( mais prótons do que elétrons) ou seja, materiais carregados com cargas de tipos diferentes se atraem, e um corpo neutro atrai corpos eletricamente carregados
2- Friccione novamente com papel o canudo suspenso. Friccione, do mesmo modo, o bastão de vidro e aproxime-o do bastão suspenso. Observe e descreva. 
Resposta:
Ao friccionamos novamente os materiais ser carregaram com carga de mesmo tipo se repelem, isso ocorreu por causa da fricção no canudo e bastão.
3- É possível identificar a carga gerada no canudo de polipropileno ou no Bastão de Vidro através dos experimentos acima? 
Resposta:
Sim, como ocorreu uma fricção de uma ponta do canudo de vidro esta ponta ficou carregada negativamente e o papel ficou carregado positivamente. Logo como houver repulsão o polipropileno e o bastão de vidro estão carregados negativamente.
4- Recorte papel em pequenos pedaços e friccione o bastão de Vidro e Canudo. Aproxime-os dos pedaços de papel, sem tocá-los. Observe e descreva. 
Resposta:
Houve atração por que a interação que cada copo tem um no outro que e chamado de atrito faz com que o papel pegar elétrons ou pegar deixando ele carregado negativamente ou positivamente para o bastão e o canudo.
5- Com gerador de Van de Graaff desligado, instale 1 ou 2 pedaço de papel Al ao logo da esfera condutora. Ligue o gerador. Observe e descreva. 
Resposta:
Ocorreu transferência de cargas elétricas do gerador de Van de Graaff para os pedaços de papeis.
6- Com gerador de Van de Graaff desligado instale o Eletroscópio de Folhas sobre o gerador (eletrodo com gancho + Lamina de papel de 10 mm X180mm). Ligue o gerador. Observe e descreva. 
Resposta:
Com a ajuda do eletroscópio,podemos verificar a existência de carga, pois o papel fica eletrizado. Como resultado, temos a repulsão entre as duas folhas.
7-Ligue o gerador Van de Graaff e, mantendo-o ligado em velocidade baixa, aproxime a bola de isopor suspensa por um fio, de modo que a mesma toque a esfera do gerador. Observe e explique. 
Resposta:
O gerador de Van de Graaff gera carga de mesmo sinal na bola fazendo com que a bola se afaste devido à força de repulsão, a bola retorna devido a força gravitacional fazendo com que a bola fique em um movimento oscilatório.
8-Repita o procedimento anterior, desta vez com a bola aluminada. Observe e explique. 
O papel aluminado serviu como um condutor, para a bolinha.
2º Procedimento 
PODER DAS PONTAS (VENTO ELÉTRICO) 
9-Ligue o gerador Van de Graaff e, coloque o torniquete elétrico sobre o gerador. Observe e explique.
Resposta:
O torniquete girou em sentido anti-horário, pois Os íons positivos e as moléculas neutras de ar que se deslocam, ao se chocarem com as pontas, exercem forças sobre elas. Essas forças põem o torniquete em movimento de rotação, em sentido contrário ao das pontas.
 3º Procedimento 
RIGIDEZ DIELÉTRICA 
É a máxima intensidade de campo a que uma substância pode ser submetida sem perder suas qualidades de isolante. A intensidade de campo em que uma substância perde suas propriedades dielétricas é chamada “tensão de ruptura”. 
10-Aproxime lentamente uma esfera metálica ao gerador Van de Graaff e observe que a certa distância d, há uma ruptura do poder isolante do ar. Estime aproximadamente a distância d
Resposta:
Aproximadamente 4 cm. 
11-Sabendo que a rigidez dielétrica do ar seco é 800V/mm, qual o potencial (volts) aproximado criado pelo gerador Van de Graff? 
Resposta:
 
12- Após alguns segundos do gerador ligado aproxime a lâmpada fluorescente do Gerador observe o efeito sobre a lâmpada (se tiver pouco visível, apague a luz de sua bancada). Observe e explique o que acontece, levando em consideração os efeitos elétricos. 
Resposta:
As duas extremidades da lâmpada estarão sujeitas a potenciais diferentes, e consequentemente uma d.d.p.(diferença de potencial) aparece entre as extremidades que eletriza o gás no interior da lâmpada liberando energia na forma de luz. 
QUESTIONÁRIO 
1) Pesquise o que seriam materiais supercondutores e se já existem aplicações reais. 
Resposta:
Materiais supercondutores são materiais metálicos ou cerâmicos que conduzem eletricidade com praticamente nenhuma resistência. Nada da energia elétrica é perdida quando ela flui através de um supercondutor. Suas aplicações se valem da resistividade nula, que em alguns aparelhos elétricos é sinônimo de eficiência máxima, como é o caso dos geradores de eletricidade e dos cabos de transmissão, que não têm perda de energia elétrica por calor.
2) Por que conseguimos eletrizar com maior facilidade isolante por atrito que por indução? 
Resposta:
Na eletrização por atrito os corpos atritados ficam com cargas elétricas opostas, como por exemplo, o pedaço de lã com cargas positivas e o bastão de vidro com cargas negativas. Já na eletrização por indução vai depender das condições de cada material e da carga elétrica de cada um deles.
3) Quais os processos de eletrização ocorreram nos item de 1 a 8? Justifique sua resposta; 
Resposta:
No item 1 o processo de eletrização é por atrito, pois canudo é friccionado com papel.
 No item 2 o processo de eletrização é por atrito, pois o bastão de vidro é friccionado no papel.
 No item 4 o processo de eletrização é por atrito, pois o bastão de vidro e o canudo são friccionados no papel.
 No item 5 o processo de eletrização é por contato, pois os pedaços de Al estão em contato com o gerador de Van de Graff.
 No item 6 o processo de eletrização é por contato e por indução, pois respectivamente, o Al vai esta em contato com o gerador e o gancho próximo do gerador.
 No item 7 processo de eletrização é por contato, pois a bola toca no gerador fazendo com que fique eletrizada.
 No item 8 o processo de eletrização é por contato, pois a bola toca no gerador fazendo com que fique eletrizada.
4) Na experiência 4, o que aconteceria se o bastão eletrizado tocasse no monte de pedacinhos de papel? 
Respostas:
Se o bastão eletrizado tocasse no monte de pedacinhos de papel, as cargas iriam se igualar passando com que o bastão e o papel se tornem neutros entre si.
5) Na experiência 5, se substituíssemos o papel Al por um isolante, como folha de papel, o que aconteceria? 
Resposta:
Não ocorreria transferência de cargas elétricas do gerador de Van de Graaff para os pedaços de papeis, pois nos materiais isolantes os elétrons estão fortemente ligados aos átomos e não podem se mover livremente.
6) Na experiência 6 depois que o eletroscópio estiver eletrizado, o que fazer para as tiras se juntarem novamente? E se o eletroscópio estivesse eletrizado, como neutralizá-lo? 
Resposta:
Usando o bastão terminado em esfera para descarregar.
7) Na experiência 7 e 8 o que aconteceria se amentássemos a velocidade do gerador? 
Resposta:
7- Aumentaria o movimento oscilatório
8- A carga seria maior
8) Por que em condutores elétricos as cargas elétricas tendem a se concentrar nas pontas? Cite um exemplo de aplicação. 
Resposta:
Uma ponta é uma região muito curva. E como a eletricidade se acumula mais nas regiões mais curvas, quando um corpo eletrizado tem uma ponta, nela há grande acúmulo de carga elétrica.
9) Na experiência 9, poderíamos utilizar uma chama para verificar o poder das pontas. Qual seria o efeito sobre a chama? 
Resposta:
Sim
Prenda uma ponta, que se eletriza negativamente. Como a ponta tem carga negativa, repele elétrons das moléculas de ar que estão próximas dela. Elétrons de muitas dessas moléculas de ar escapam das moléculas. A molécula com falta de elétrons deixa de ser neutra e se torna um agregado de partículas com carga resultante positiva, que chamamos íon positivo. O íon positivo é então atraído pela ponta. Quando os íons positivos são atraídos pela ponta, arrastam consigo outras moléculas de ar. Há então um deslocamento de moléculas de ar para a ponta, como se estivesse soprando um vento. Esse deslocamento de ar, provocado por fenômeno elétrico, é chamado vento elétrico, ou sopro elétrico. Para evidenciar o vento elétrico, coloque perto da ponta a chama de uma vela. O ar, ao ser deslocado, arrasta consigo a chama para a ponta tal qual como se a chama fosse soprada.
10) O gás presente na lâmpada precisa ser de alta o baixa rigidez dielétrica para acender com maior facilidade e por quê? 
Respostas:
O gás precisa ter baixa rigidez dielétrica para que haja o rompimento com mais facilidade.
Podendo assim acender a lâmpada.
CONCLUSÕES.
Pode-se concluir que o experimento atingiu o objetivo proposto para o aprendizado, de forma que através de uma configuração simples conseguiu-se visualizar com clareza a formação dos campos elétricos pelas linhas equipotenciais formadas pelo campo elétrico gerado. Pôde-se notar o seu comportamento diante de cada mudança estabelecida através da troca de configuração e disposição dos materiais usados nos experimentos.
Os experimentos de Campo Elétrico, além de mostrar que corpos com mesma carga se repelem e que corpos com cargas contrariam se atraem, nos permitiu observar com clareza os processos de eletrização por atrito e contato durante a realização dos experimentos em sala de aula.
Quando atritamos, alguns elétrons passaram a ser eletrizados negativamente, a força de repulsão surge por que os condutores eletrizados tinham cargas iguais e como cargas de mesmo sinal se repelem, os condutores eletrizados se repeliram.
O experimento foi muito satisfatório com aprendizado e como forma de se demonstrar como funciona 28e colocar em prática a teoria para se entender melhor os fenômenos físicos
REFERÊNCIAS:
Informações de sala de aula
Livro: Fundamentos de FísicaRalliday e Ranick, 9ª edição, Jearl Walker, Eletromagnestismo.
http://www.infoescola.com/eletrostatica/serie-triboeletrica/ http://www.mundoeducacao.com/fisica/a-historia-eletricidade.htm
http://fisica.uems.br/aprenda/eletriza/