FísicaExp3_Rel6 - O poder das pontas

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CAMPUS PRAÇA IX
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA 
O PODER DAS PONTAS (O TORNIQUETE ELÉTRICO)
Autores:
Victor Couto Alves – 201301089991
Wagner Reis - 201301755834
Turma: 3027
Professor: Jorge Antunes Mattos
Rio de Janeiro
24/09/2014
RESUMO
Ao término desta atividade o aluno deverá ser capaz de:
- Descrever o funcionamento do torniquete elétrico em função do poder das pontas, da ionização provocada nas moléculas do ar e da 3ª lei de Newton.
DESENVOLVIMENTO TEÓRICO
ELETRICIDADE
A palavra eletricidade é derivada da palavra grega élektron, que significa âmbar. Eletricidade estática e eletricidade dinâmica (corrente elétrica) são as duas formas básicas de eletricidade que conhecemos. A eletricidade estática foi descrita pela primeira vez pelo filósofo grego Tales de Mileto, 600 anos antes de Cristo. Ao atritar um pedaço de âmbar (resina fóssil de uma espécie de pinheiro) em um pedaço de pele de carneiro, percebeu que a pele atraía corpos leves. Em 1966, o médico inglês William Gilbert descobriu que outras substâncias, como o vidro e o enxofre, quando friccionadas, também atraíam pequenas partículas. Deu o nome de eletricidade a essa misteriosa atração. Relâmpagos são descargas elétricas de alta intensidade que ocorrem na atmosfera. A maior parte ocorre dentro das nuvens e é vista apenas como clarões. Porém, uma parte delas sai das nuvens e atinge o solo. Estas descargas são chamadas de raios.
GERADOR ELETROSTÁTICO VAN DER GRAAFF
 Neste gerador, uma correia isolante recebe cargas superficiais, transportadas a um eletrodo, onde são removidas. Isso caracteriza uma corrente elétrica suficiente para gerar uma voltagem elevada em curto espaço de tempo. 
 O gerador eletrostático Van der Graaff é como uma esfera metálica isolada da Terra que é permanentemente carregada (positiva ou negativamente) através de uma correia. Essa correia é carregada pelo atrito com a polia, como se alguém continuamente esfregasse um bastão de plástico em um pedaço de feltro e encostasse o bastão na correia. Em pequenos geradores como este, a diferença de potencial é da ordem de kv (quilovolt), enquanto que nos grandes aceleradores, pode ultrapassar 10 MV. 
 
Seu layout básico consiste em:
1. Um domo ou cúpula de descarga;
2. Uma coluna de apoio;
3. Dois roletes (superior e inferior);
4. Dois pentes metálicos (superior e inferior);
5. Uma correia transportadora; e
6. Uma base para alojar o motor elétrico, fixar a coluna e o pente inferior.
“O poder das pontas”
 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. Numa ponta a densidade elétrica é sempre maior do que nas regiões não pontudas. Com as pontas se dão os três fatos seguintes: 
1º) uma ponta sempre se eletriza mais facilmente do que uma região não pontuda;
2º) se um corpo já está eletrizado, uma ponta perde carga elétrica mais facilmente do que as regiões não pontudas; por este motivo é difícil manter-se eletrizado um corpo que possua pontas;
3º) Se um corpo está eletrizado, uma ponta tem sobre os outros corpos uma ação muito mais forte do que as regiões não pontudas. 
Esses três fatos são conhecidos como “poder das pontas”. O 3º fato pode ser comprovado pelo “sopro elétrico” e pelo “torniquete elétrico”. 
SOPRO ELÉTRICO
 No terminal negativo da máquina eletrostática 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. 
TORNIQUETE ELÉTRICO
 É constituído por um conjunto de fios metálicos terminados em pontas que são dobradas todas num mesmo sentido. Esses fios são solidários entre si, e são articulados com uma haste vertical h, de maneira que possam girar livremente num plano horizontal. Liga-se a haste h ao terminal negativo de uma máquina eletrostática. Cada ponta, sendo negativa, exerce sobre as moléculas de ar próximas a ação já explicada acima, produzindo-se o vento elétrico em torno de cada ponta. 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. 
DESCRIÇÃO DO APARATO EXPERIMENTAL
Um gerador eletrostático de correia EQ047 com controle eletrônico de giro do motor, chave geral, fusível de segurança, lampada indicadora de energização, zona de potencial negativo articulável com cabeça esférica removível, motor 100 W (1/8 HP), 50/60 Hz e sistema de segurança por corrente de baixa amperagem
Um torniquete Elétrico com pivot
RESULTADOS E DISCUSSÃO DO RESULTADO
Após colocar o torniquete elétrico na esfera do gerador, ligamos o gerador e observamos as seguintes questões:
Comente o que ocorreu e justifique o fato em função d poder das pontas, da ionização provocada nas moléculas de ar e da terceira Lei de Newton.
 As pontas irão gerar um maior acumulo de cargas devido ao seu formato, a teoria do “poder das pontas” enuncia: “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. Numa ponta a densidade elétrica é sempre maior do que nas regiões não pontuadas.” Quando as pontas estiverem com maior acúmulo de cargas o torniquete ampliará sua capacidade de repulsão.
 
Quando o gerador é ligado, o torniquete é eletrizado com a mesma carga que o equipamento, tornando-se assim polarizado e é neste momento que ocorre um processo de inonização do ar, havendo o rompimento da rigidez dielétrica deste, passando assim de resistor a condutor elétrico. Quando isto ocorre o próprio ar passará a exercer uma força que irá “empurrar” o torniquete e é neste instante que a terceira lei de newton age: “toda a ação gera uma reação”. E é a partir deste principio que toda ação possui uma reação de mesma intensidade mesma direção e sentido contrário, o torniquete inicia o movimento em sentido contrário à força exercida pelo ar.
R: Devido à eletrização das pontas do torniquete, o ar se ioniza. Sendo assim, os íons que possuem a carga de mesmo sinal que a carga das pontas serão repelidos e as pontas, por ação e reação, serão repelidas, provocando a rotação do torniquete.
CONCLUSÃO
Conclui-se que em um condutor eletrizado as cargas tendem a distribuir-se de tal modo a haver um acumulo maior nas regiões de maior curvatura, nas pontas e se a curvatura ou pontas for muito grande, o acumulo será tal, que pode ocorrer uma fuga ou escape de cargas elétricas que ocorrem em forma de vento que em alguns casos ioniza o ar aparecendo sob a forma de pequena chama azulada.
O torniquete aproveita este efeito porque possui hélices de pontas aguçadas, a qual é colocada em contato com um corpo carregado, girando com força e velocidade dependendo da carga fornecida pelo corpo, isto é a fuga das cargas pelas pontas faz com que surja uma força capaz de impulsioná-las.
BIBLIOGRAFIA
IFBA. Eletrostática: Atividades no laboratório. Salvador, IFBA, coordenação de física 2013.
REGÔ, D. Eletricidadebásica. Salvador, IFBA, 2013.
PROJETO CULTURAL 2000 – Manual Global do Estudante – São Paulo: Difusão Cultural do livro, 1999.
PEREIRA, V. N. Elestrostática. Disponível em: http://goo.gl/OzxEyk. Acesso em 22 de set de 2014
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