Relatório Gerador de Van Der Graff

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GERADOR DE VAN DE GRAAF
 Relatório 01 de Física Experimental III 
Introdução
Robert Jemison Van der Graaf foi um físico e criador de instrumentos da Universidade de Princeton, mas nesse trabalho daremos importância a somente um desses instrumentos que por ele foram criados.
Em 1929, depois de retornar aos Estados Unidos para participar do Laboratório de Física Palmer na Universidade de Princeton, criou no final do ano o primeiro modelo de gerador de Van de Graaff onde alcançou 80.000 volt.
O Gerador eletrostático consiste em uma correia de material isolante usada para transportar cargas elétricas que são acumuladas em uma esfera metálica, Esta correia é movimentada por um pequeno motor. Existem dois pentes metálicos, que respondem pela troca de carga entre a terra e a correia, na parte de baixo e entre a correia e a esfera metálica, na parte de cima. Foi criado com o propósito de produzir uma diferença de potencial muito alta (da ordem de 20 milhões de volts) para acelerar partículas carregadas que se chocavam contra blocos fixos.
Partes do Gerador:
a) Esfera de alumínio polido b) Polias c) Conexão na esfera d) Escova superior e) Correia de borracha f) Escova metálica intermediária g) Polia de acrílico
h) Conexão de fio terra (inferior) i) Escova metálica inferior i) Foi utilizado nesta experiência; um pedaço de papel alumínio que foi instalado no interior da cúpula pela professora;
2- Objetivo
 Visualizar a existência das linhas de força através do mapeamento de campo elétrico gerado pela produção de uma tensão. Isso ocorre porque o gerador de Van der Graaf - GVDG- trabalha no princípio de tensões muito altas e correntes muito baixas, ocasionando uma eletricidade estática que pode ser descarregada rapidamente a outro corpo com potencial elétrico diferente, como um raio.
TEORIA
Como funciona:
 O motor gira os roletes, que ficam eletrizados e atraem cargas opostas para a superfície externa da correia através das escovas. A correia transporta essas cargas entre a terra e a cúpula. A cúpula faz com que a carga elétrica, que se localiza no exterior dela, não gere campo elétrico sobre o rolete superior. Assim cargas continuam a serem extraídas da correia como se estivessem indo para terra, e tensões muito altas são facilmente alcançadas, em outras palavras, o gerador de Van de Graaf funciona através da movimentação de uma correia que é eletrizada por atrito na parte inferior do aparelho. Ao atingir a parte superior as cargas elétricas, que surgiram com o processo de eletrização, são transferidas para a superfície interna do metal (que possuía um pedaço de papel alumínio), sendo então distribuídas para toda a superfície da esfera metálica, ficando carregada de cargas elétricas. Se durante o funcionamento do gerador aproximarmos o dedo ou um objeto de metal perceberemos leves descargas elétricas que ocorrem em razão da diferença de potencial (ddp).
 
 Gerador de Van Der Graff Experimento
 Experimento e procedimentos 
4.1 Os 03 tipos de eletrização observados pela experiência foram:
Eletrização por atrito: Como o próprio nome diz, atritando-se, ou melhor, colocando-se dois corpos constituídos de substâncias diferentes e, inicialmente, neutros em contato, um deles cede elétrons, enquanto o outro recebe. Ao final, os dois corpos estarão eletrizados e com cargas elétricas opostas.
Eletrização por contato: Dizemos que a eletrização por contato é o processo em que um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo neutro. De preferência, devem ser usados dois corpos condutores de eletricidade.
Eletrização por indução: Dizemos que a indução eletrostática é o fenômeno de separação de cargas elétricas de sinais contrários em um mesmo corpo. Portanto, esse tipo de eletrização pode ocorrer apenas pela aproximação entre um corpo eletrizado e um corpo neutro, sem que entre eles aconteça qualquer tipo de contato.
4.2 Como ocorre a distribuição de Cargas
 Suponha que haja transferência de cargas negativas do pente inferior aterrado. Esta transferência se dá pelo ar (deve ser seco) que fica entre o pente e a correia. Neste caso o pedaço da correia que está se atritando fica com excesso de cargas positivas. 
 Este pedaço de correia "caminha" até o topo do aparelho, onde se encontra o pente superior, que está ligado internamente à esfera metálica. Neste ponto há transferência de cargas negativas da esfera para a correia, através do pente (Poder das Pontas), de modo a neutralizar as cargas positivas que chegam pela correia isolante. 
 As cargas negativas, que passam da esfera para a correia, deixam atrás de si, na esfera, um excesso de cargas positivas e, assim, o terminal (esfera metálica) começa a acumular cargas positivas que dão origem a diferenças de potencial possíveis de milhares de volts. 
4.3 Poder das Pontas
 Hoje sabemos que o poder das pontas ocorre porque, em um condutor eletrizado, a carga tende a acumular-se nas regiões pontiagudas. Em virtude disso o campo elétrico nessas regiões é mais intenso do que nas regiões mais planas do condutor.
 É devido a esse fato que não se recomenda, em dias de chuva, abrigar-se em baixo de árvores e em locais mais altos.
 No caso dos caminhões tanques de combustíveis, suas carcaças são arredondadas com o intuito de impedir que seja possível a geração de centelhas o que provocaria uma grande explosão.
4.4 Descarga em gases a alta pressão
  
 As descargas nos gases à alta pressão podem ser estudadas no próprio ar atmosférico. Ligam-se dois eletrodos aos polos de um gerador, para se estabelecer uma diferença de potencial entre êles. Quando a diferença de potencial atingir um valor elevado, de alguns milhares de volts, há a descarga no gás. 
  
 a. Ionização inicial 
 
 Nos gases à alta pressão, os íons iniciais são formados quase que totalmente pela atração de elétrons das moléculas do gás situadas próximas do anodo. A ionização produzida pelos raios cósmicos é desprezível em face da ionização fortíssima provocada pelo próprio anodo. 
 O processo de ionização durante a descarga, já explicado no tópico ,é o mesmo, quer se trate de gás à alta pressão ou à baixa pressão. Com a diferença de que no gás à alta pressão a ionização é muito intensa, e a descarga muito mais violenta. 
  
b. Descarga em centelha e em arco 
  
 Há dois casos de descarga nos gases à alta pressão. 
 
1º Caso – Descarga em centelha 
  
 É aquela constituída por uma sucessão de descargas rápidas, nas quais é emitida uma luz azulada característica, chamada centelha. A centelha, que todos conhecem, é luz emitida durante a ionização das moléculas. 
 Os raios são descargas em centelha, que se dão entre duas nuvens, ou entre uma nuvem e a Terra. 
  
2º Caso – Descarga em arco ou arco voltaico 
  
 É uma descarga contínua; que emite luz muito branca e muito brilhante, e que provoca grande elevação de temperatura dos eletrodos, dando como conseqüência sua destruição progressiva. 
 O arco voltaico produz uma temperatura das mais altas que já se conseguiram na superfície da Terra: em torno de 4.000oC. A luz produzida pelo arco voltaico é intensíssima. 
 Obtém-se facilmente o arco voltaico do seguinte modo: ligam-se dois pedaços de carvão aos pólos de um dínamo que forneça diferença de potencial de algumas dezenas de volts, ou aos pólos de uma bateria de acumuladores. Encostam-se os dois pedaços de carvão um no outro, de maneira que por eles passa uma corrente muito intensa. 
 Depois se afastam, mantendo-os à distância de alguns milímetros, ou poucos centímetros. Entre eles se forma, então, o arco voltaico. 
  
5- Conclusões
Com a aproximação do bastão na cúpula metálica;
 Qualquer excesso de cargas colocado em um condutor isolado se moverá inteiramente para a superfície do condutor. Nenhum excesso de cargaserá encontrado no interior do corpo do condutor”(Paul Tipler). A conclusão que se pode tirar é que em torno da esfera eletrostática cria um campo elétrico e que esse campo elétrico aponta para fora que com a aproximação do bastão é possível visualizar a descarga elétrica pelo diferencial de potencial entre a esfera e o bastão. 
Com o gerador desligado a aproximação da mão;
 Concluímos, também que o potencial elétrico do gerador de Van Der Graff está diretamente relacionado com a carga que ele armazena, deixando a esfera metálica carregada com carga não identificada, onde o campo elétrico máximo (3.106 N/C ) para a rigidez dielétrica varia de acordo com a umidade do ar, onde é possivel observar pelo toque um descarregamento desta carga.
 Obs.: É possível também observar tocando o equipamento ligado estas cargas apontando para fora atravessando pelo nosso corpo (pelo arrepio de pelos e cabelos); 
 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.
 REFERÊNCIAS
Física para cientistas e engenheiros. 3ª edição, LTC editora S.A., Rio de Janeiro, 1995, ,http://www.cepa.if.usp.br/e-fisica/moderna/universitario/cap02/cap2_06.php http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/leidecoulomb.php