Relatório 2014.02 Física Experimental III - Configurações das Linhas de Força

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Física Experimental III
Experimento 03: Configurações das linhas de força entre eletrodos.
Data: 02/09/2014
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 Introdução
	
	A eletrostática é a parte da física responsável pelo estudo das propriedades mutuas e o comportamento das cargas elétricas em repouso em relação a um sistema inercial de referência.
Objetivo
Estudar o funcionamento e reproduzir linhas de campos de diversos eletrodos, configurando as linhas de forças entre eles com eletrodos (não submersos).
Embasamento teórico 
Os materiais são constantemente classificados baseados na capacidade de os elétrons fluírem através deles. Alguns materiais, como metais, os elétrons movem-se de forma relativamente livre. Estes materiais são conhecidos como condutores. Por outro lado, existem materiais em que os elétrons não podem ser facilmente realocados no material. Estes são conhecidos com isolantes, como é o caso do vidro e do plástico.
Carga elétrica pode ser entendida como uma entidade física que é transferida de um corpo para outro quando entram em contato, com a mesma entidade física sendo transferida de volta para neutralizar a atração.
O Gerador de Van de Graaff foi desenvolvido pelo engenheiro americano Robert Jemison Van de Graaff.Logo após sua invenção a máquina foi utilizada na física nuclear com o propósitode produzir tensões muito elevadas necessárias em acelerações de partículas. O gerador 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.
 
Gerador de Van der Graaf.
Com o motor acionado, a correia é girada que ficam eletrizados por atrito na parte inferior do aparelho. Ao atingir a parte superior do aparelho, as cargas elétricas que surgiram com o processo de eletrização são transferidas para superfície interna do metal, sendo então distribuídas para toda superfície da esfera metálica, ficando carregadas por cargas elétricas. Durante o funcionamento do gerador se aproximar algum objeto de metal percebemos leves cargas elétricas. 
Características das Linhas de Campo Elétrico.
Define-se campo elétrico como uma alteração colocado no espaço pela presença de um corpo com carga elétrica, de modo que qualquer outra carga de prova localizada ao redor indicará sua presença. Através de curvas imaginárias, conhecidas comumente pelo nome de linhas de campo, visualiza-se a direção da força gerada pelo corpo carregado.
 
As características do campo elétrico são determinadas pela distribuição de energias ao longo de todo o espaço afetado. Se a carga de origem do campo for positiva, uma carga negativa introduzida nele se moverá, espontaneamente, pela aparição de uma atração eletrostática. Pode-se imaginar o campo como um armazém de energia causadora de possíveis movimentos. É usual medir essa energia por referência à unidade de carga, com o que se chega à definição de potencial elétrico, cuja magnitude aumenta em relação direta com a quantidade da carga geradora e inversa com a distância dessa mesma carga. A unidade de potencial elétrico é o volt, equivalente a um Coulomb por metro. A diferença de potenciais elétricos entre pontos situados a diferentes distâncias da fonte do campo origina forças de atração ou repulsão orientadas em direções radiais dessa mesma fonte. 
A intensidade do campo elétrico se define como a força que esse campo exerce sobre uma carga contida nele. Dessa forma, se a carga de origem for positiva, as linhas de força vão repelir a carga de prova, e ocorrerá o contrário se a carga de origem for negativa.
Objetivos
Ao término desta atividade o aluno deverá tercompetência para:
Mapear a configuração das linhas de força entre eletrodos de força de vários formatos;
Interpretar, a partir das linhas de força, o comportamento do campo elétrico nas proximidades de dois eletrodos de formatos diferentes;
Identificar e descrever uma blindagem para o campo elétrico;
Identificar e descrever o poder das pontas.
Material necessário
01 gerador eletrostático;
01 eletrodo com gancho 
01 lâmina de alumínio 10 mm x 180 mm (dobrada ao meio);
01 esfera auxiliar;
02 cuba cilíndrica;
01 conexão elétrica preta com pinos de pressão;
01 conexão elétrica vermelha com pinos de pressão;
01 lamina de alumínio (usadas para embalagem de alimentos) 10 mm x 50 mm;
30 ml (um frasco) de óleo rícino. base principal com trilhos articuláveis;
1 punhado de farelo de milho
Procedimento da Experiência
Colocaram-se dois eletrodos retos fazendo-se as conexões elétricas com o gerador de Van der Graaf. Apoiando-se uma cuba cilíndrica sob os eletrodos, logo após colocou-se dentro da cuba uma pequena quantidade de óleo de rícino, formando-se uma lamina de óleo sobre a cuba cilíndrica, e espalhou-se uma pequena quantidade de farinha de milho sobre o óleo existente na cuba, em seguida ligou-se o gerador de Van der Graaf, apenas pelo tempo necessário para o alinhamento das partículas e fotografaram-se as imagens na própria cuba. Alternou-se a posição do eletrodo perfazendo um total de cinco experiências.
1º Experimento
Aspecto das linhas de força entre os dois eletrodos retos
	
Foi percebido que o milho formou uma linha, por que houve trocas de cargas devido a polaridade Norte – Sul
2º Experimento
Linhas de força entre um eletrodo pontual contendo um eletrodo em anel circundante.
Foi percebido que o pontual posicionado atraiu as forças, centralizando-as, atraindo os milhos
3º Experimento
Linhas forcas entre dois eletrodos (com cargas de sinal contrárias)
Foi percebido que a corrente passa para o eletrodo em barra para o circulo (por fora), fazendo com que os milhos fiquem em volta do circulo menor.
4º Experimento
Linhas de Força entre um eletrodo reto e um eletrodo pontual.
Foi percebido que o milho ficou no sentido do eletrodo barra.
5º Experimento
Linhas de forças entre um eletrodo pontual e um eletrodo anel contendo coaxialmente um anel entre eles.
Foi percebido que o milho ficou nas extremidades.
 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 e pôde-se notar o seu comportamento diante de cada mudança estabelecida através da troca de configuração e disposição dos materiais usados nos experimentos, assim sendo pode-se comprovar que as linhas de força são sempre perpendiculares às superfícies metálicas 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 do pó de milho por 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 do pó de milho, 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. Esse armazenamento de energia potencial ocorre contra as forças moleculares e atômicas. Em outros tipos de materiais, constituídos por moléculas não polares, este arranjo em dipolos não existe em condições naturais, não sendo possível identificar os centros de cargas nas suas moléculas. 
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 fubáse alinham quando energizados os eletrodos.
Bibliografia
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física. v. 2. 6. ed. Rio de Janeiro, RJ 2006.
Apostila de Física Experimental II, Roteiros para Experimentos de Física.