Eletrostatica e gerador de van de graaff

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MATO GROSSO 
FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA 
RELATÓRIO 
 
 
 
ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
 
 
FÍSICA EXPERIMENTAL III – ELETROSTÁTICA E GERADOR DE VAN DE 
GRAAF 
 
 
 
HELOISA SOUZA DE OLIVEIRA 
ITHALO VIEIRA CUNHA 
KAROLAY KÉTRON DALLABRIDA 
LUCAS SAMPAIO FARINA 
LUCIANO CABERLIN ARAUJO 
RENNER SIQUEIRA FRANÇA 
THIAGO MARTINELI FINAZZI 
 
 
 
DOCENTE: Carlos M. Sánchez Tasayco 
 
 
 
 
CUIABÁ, MATO GROSSO 
2014 
 
 
HELOISA SOUZA DE OLIVEIRA 
ITHALO VIEIRA CUNHA 
KAROLAY KÉTRON DALLABRIDA 
LUCAS SAMPAIO FARINA 
LUCIANO CABERLIN ARAUJO 
RENNER SIQUEIRA FRANÇA 
THIAGO MARTINELI FINAZZI 
 
 
 
 
ELETROSTÁTICA E GERADOR DE VAN DE GRAAF 
 
 
 
 
 
 
Trabalho de Pesquisa submetido ao 
corpo Docente da Faculdade de 
Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da 
Universidade Federal de Mato Grosso 
como parte da avaliação para matéria 
de Física III no curso de Engenharia 
Elétrica, orientado pelo Docente 
 Prof° Carlos M. Sánchez Tasayco 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CUIABÁ, MATO GROSSO 
2014 
 
 
1. Objetivo 
 
Estudar e comparar a natureza das cargas e forças de atração e repulsão, que 
atuam em hastes de polipropileno, quando atritadas com papel e a demonstração 
visual da existência das linhas de força através do campo elétrico gerado pela 
produção de uma tensão com um gerador de Van de Graaff, interpretando os efeitos 
do campo elétrico produzido pelo acúmulo de cargas em uma esfera oca metálica. 
 
 
2. Fundamentação teórica 
 
 Quando um condutor B inicialmente neutro for posto próximo de um corpo A 
Carregado negativamente, haverá uma separação de cargas no condutor B. Se B for 
ligado a terra em seguida, os elétrons fluirão dele para a terra. Então o condutor B 
ficará carregado positivamente. Um condutor carregado tem suas cargas distribuídas 
na superfície externa. Com base nesse fenômeno, qualquer carga no interior de uma 
esfera metálica, em contato com a superfície interna da mesma, se deslocara 
imediatamente para sua superfície externa. É esse o principio do funcionamento do 
gerador Van der Graaf. 
 Um gerador de Van der Graaf é uma máquina eletrostática que foi inventada 
por, Robert Jemison Van der Graaf por volta de 1929. A máquina foi logo empregada 
em física nuclear para produzir as tensões muito elevadas necessárias em 
aceleradores de partículas. 
Esse aparelho consta de uma esfera condutora oca, inicialmente neutra, e de 
uma correia, não condutora estendida por dois cilindros, um dos quais é girado por um 
motor elétrico. A correia, atritando-se com o cilindro, eletriza-se e transporta suas 
cargas para o interior da esfera. A continuação do processo aumenta a carga da 
esfera elevando o seu potencial que pode chegar a milhares de volts (figura 1). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Materiais 
 
Cabos de ligação 
Torniquete eletrostático 
Esfera auxiliar de alumínio com cabo 
Papel alumínio 
Fita adesiva 
Algodão 
Bola de isopor 
Bola de alumínio 
Gerador Van der Graaf 
 
4. Procedimento experimental 
 
 
Parte 1 
 Cortou-se tiras de papel alumínio e fixou-as pelas pontas na superfície da 
esfera metálica com ajuda da fita adesiva. Ligou-se o gerador em alta velocidade, 
observou-se o comportamento das fitas de papel alumínio e a direção do campo 
elétrico. 
Parte 2 
 O gerador foi desligado e as fitas de papel alumínio foram retiradas. Colocou-
se fiapos de algodão próximos da esfera e observou-se o que aconteceu. 
Parte 3 
 O gerador foi desligado e então descarregado. Retirou-se a tachinha da parte 
lateral da esfera e o torniquete foi conectada a haste banana-banana e fixado na 
esfera. Observou-se o que aconteceu. 
Parte 4 
 Um pêndulo com fio isolante foi feito, com uma bola de isopor pendurada. 
Ligou-se o gerador e encostou-se a bola de isopor no gerador. Observou-se o que 
aconteceu. 
 
 
Parte 5 
 O mesmo pêndulo usado na parte 4 foi utilizado aqui, porém com papel 
alumínio cobrindo toda a superfície da bola de isopor. Com o gerador ligado, 
aproximou-se a bola de isopor da esfera metálica. Aproximou-se a mão no ponto em 
que a bola de isopor metálica voltava e permaneceu com a mão parada. Observou-se 
o que aconteceu. 
Parte 6 
Aproximou-se a esfera metálica com um cabo de madeira da esfera e observou-se a 
aparição de algumas faíscas. 
 
5. Resultados e Discussões 
 Nesse experimento foi possível estudar as cargas e suas respectivas 
forças de atração e repulsão Estudar e comparar a natureza das cargas e forças de 
atração e repulsão através do campo elétrico gerado pela produção de uma tensão 
com um gerador de Van der Graaf, interpretando os efeitos do campo elétrico 
produzido pelo acúmulo de cargas em uma esfera oca metálica. 
Cortou-se tiras de papel alumínio e fixou-as pelas pontas na superfície da esfera 
metálica com ajuda da fita adesiva. Ligou-se o gerador em alta velocidade, observou-
se o comportamento das fitas de papel alumínio e a direção do campo elétrico. 
 Na primeira parte podemos observar com sucesso o comportamento e a 
direção do campo elétrico e após descarregar toda a carga do gerador observamos o 
torniquete girar em sentido anti-horário, mostrando assim o sentido do campo, em 
seguida realizamos a experiência com um pêndulo e uma bola de isopor com papel 
alumínio na sua parte externa, notamos nessa parte da experiência que a bola era 
atraída pelo campo, após encostar-se à esfera carregada a bola de isopor com papel 
alumínio na sua parte externa também se carregava e automaticamente se repelia, ao 
repelir ela encostava-se à mão do voluntario e descarregava a carga dando um leve 
formigamento. Em seguida realizamos essa mesma experiência com uma bola de 
isopor e nada aconteceu porque é um material isolante, logo após encostamos uma 
esfera de metal no gerador e notamos que houve aparição de algumas faíscas e 
alguns arcos voltaicos. 
 
 
 
6. Conclusão 
 Com o experimento foi possível observar os efeitos de eletrização. Não se 
pode constatar exatamente a natureza delas. Mas, com uma tabela ou um estudo da 
natureza dos materiais quanto ao potencial de eletrização dos mesmos, pode-se 
identificar os sinais das cargas dos materiais eletrizados em experimento. Portanto, 
conclui-se que o gerador de Van der Graaf produz um campo elétrico carregado 
positivamente (Figura 2), ou seja, ao redor da esfera metálica as cargas que ali estão 
tem uma natureza positiva. Isso explica a repulsão da fita metálica e a atração dos 
fiapos de algodão. Conclui-se também que o arco voltaico pode ser notado a partir da 
quebra da rigidez elétrica do ar (parte 6), é possível notar as faíscas azuladas que 
aparecem. 
Anexos 
 
Figura 1: O gerador Van der Graaf 
 
 
Figura 2 – Gerador de Van der Graaf 
 
 
 
Referências bibliográficas 
 William H. Hayt Jr. e John A. Buck, 6ª Edição, LTC Editora, Rio de 
Janeiro, 2003. Elementos de Eletromagnetismo.1 
 Teoria de Eletrostática. Disponível em 
<http://www.if.usp.br/gref/eletro/eletro5.pdf> Acesso em: 10/11/2013.2 
 Tipler, Paul A. e Mosca, Gene, FÍSICA para Cientistas e Engenheiros Volume 2 
Eletricidade e Magnetismo, Óptica, Ed. LTC, Rio de Janeiro, 2009.3 
 Imagens ilustrativas dos fenômenos da eletrização. Disponível em: 
<http://www.infoescola.com/eletrostatica/eletrizacao> Acesso em: 05/11/2013.4 
 Imagem do Gerador de Van de Graaff. Disponível em 
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Gerador_de_Van_de_Graaff> Acesso em: 
18/11/2013. 5 
 Sears & Zemansky Hugh D.Young e Roger A. Freedman. Física III - 
Eletromagnetismo, 12ª edição. Copyright: 2009 12 ª edição. 
 Relatório Física III - Van de Graaff. Disponível em 
<http://www.ebah.com.br/content/ABAAABML8AF/relatorio-van-graaf-fisica-iii> 
Acesso em: 18/11/2013.