Trabalho de Eletromagnetismo Cargas

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FACULDADE ESTÁCIO DE CURITIBA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
CARGAS ELETROSTÁTICAS
CURITIBA
2014
FACULDADE ESTÁCIO DE CURITIBA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Emerson Santos da Silva
CARGAS ELETROSTÁTICAS
Trabalho apresentado a Disciplina de Eletromagnetismodo curso de Engenharia Elétrica da Faculdade Estácio de Curitiba.
Prof.º Wilson José da Silva, Ph.D
CURITIBA
2014
RESUMO – MUDAR DE ACORDO COM A NOVA SUPERFÍCIE DE CÁLCULO
Este trabalho tem por finalidade determinar o potencial elétrico a partir do processo de eletrização por atrito, afim de compreendermos as aplicações de Eletromagnetismo. Os resultados obtidos foram extraídos de um estudo de caso realizado em campo de um equipamento utilizado para embalar pneus denominado strechadeira. Este equipamento ao envolver o filme de PVC no Pneu causa o atritodos materiais sendo o primeiro carregado eletrostaticamente com cargas causando choque elétrico quando tocado por uma pessoa. O trabalho tem por objetivo compreender e esclarecer fenômenosfísicos eletromagnéticospresente no dia-dia.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO	6
2. ASPECTO GERAL	6
3. TEORIA	6
4. DESENVOLVIMENTO	8
4.1 - Descrição do problema encontrado	8
4.2. Descrição da solução	8
4.3. Cálculos	9
5. ANALISE DOS RESULTADOS	10
6.CONCLUSÃO	10
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	10
INTRODUÇÃO
Esse trabalho tem como conceito principal descrever o método ensaiado em campo para se provar os princípios da eletrostática de forma experimental, a fim de elevar o conhecimento dos integrantes bem como motivara-los a novos desafios.O fato de a carga elétrica se transferir integralmente de um corpo para outro quando há contato interno, constitui o princípio básico de um carga eletrostática, onde no equilíbrio de um pequeno condutor com carga positiva o campo elétrico é nulo. Um pequeno condutor com uma carga que se localiza no interior da cavidade de um condutor de maiores dimensões. À medida que o potencial do condutor aumenta, a força de repulsão exercida sobre cada carga sucessiva trazida a sua proximidade também aumenta. As cargas desenvolvidas no PVC durante o contato destas com os pneus, vão se acumulando na superfície até que a rigidez dielétrica do ar seja atingida. Nessas condições é possível obter potencial elétrico grande.
2. ASPECTO GERAL
De acordo com o princípio da eletrostática que é definido por um fenômeno de acumulação de cargas elétricas em um corpo, seja ele isolante, semicondutor ou condutor. Essa eletricidade estática deve-se ao fato de os átomos dos corpos apresentarem desequilíbrio quanto à sua neutralidade. 
3. TEORIA
A eletrostática estuda os comportamentos e as propriedades das cargas elétricas em repouso em um corpo que por algum motivo ficou eletrizado. O fenômeno da eletrostática ocorre quando os átomos de corpo perdem ou ganham elétrons, ficando dessa forma carregado.
Sabe-se que um corpo está em equilíbrio eletrostático quando não existe um movimento ordenado das cargas, ou seja, cada carga se move para uma direção diferente, quando isso acontece nos dissemos que o corpo está em equilíbrio eletrostático. Portanto, o campo elétrico no interior do condutor é igual à zero, pois se houvesse campo elétrico as cargas elétricas estariam em movimentos ordenados contrários ao campo elétrico e no sentido de maior potencial, claro se as cargas forem negativas, no entanto, se escolhêssemos três pontos nesse corpo todos eles teriam campo elétrico igual à zero, ou seja, a diferença de potencial nesse corpo em equilíbrio eletrostático seria constante no interior e em sua superfície.
Se é sabido que o potencial na superfície do condutor eletrostático é constante, isso significa que nessa superfície constitui uma região equipotencial, portanto o campo elétrico na superfície do condutor em equilíbrio eletrostático e perpendicular a superfície do condutor.
Quando a um excesso de cargas no condutor essas cargas iram se distribuir na superfície do condutor eletrostático, o campo elétrico gerado por essa carga dentro do condutor eletrostático é anulado pelo vetor campo elétrico gerado por outra carga, ou seja, sempre vai haver um par de cargas que geram vetores campo elétrico que se anulam isso acontece tanto com um condutor com excesso de cargas positivas com também um condutor com excesso de cargas negativas.
Prova assim o princípio de conservação da carga elétrica, a qual diz que em um sistema isolado a soma algébrica das cargas elétricas se conserva.Na eletricidade estática é conhecido por três fenômenos de eletrização que são indução, atrito e contato. A maior parte do estudo será focada nesse conceito, pois é um dos processos que realizamos os ensaios.
- MUDAR ESTA PARTE (TROCAR A IMAGEM)
De acordo o site http://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_de_Gauss de 23/03/2014 as 13:23.
Figura 
1
Ilustração da polarização de um material dielétrico.Um dielétrico em presença de um campo elétrico sofre o que se chama de polarização. A polarização consiste na separação das cargas positivas e negativas desse dielétrico, visto que o campo elétrico acelera cargas positivas no sentido do campo e cargas negativas no sentido oposto. Essas cargas geradas por esse efeito de polarização é o que se chama de cargas ligadas. O material passa a ser constituído de dipolos, como mostrado na figura 1. Dessa forma, as cargas estão "presas" aos dipolos, não estão livres para se mover. Por sua vez,é chamado de carga livre, o restante das cargas, que não foram geradas por esse efeito de polarização. As cargas livres são as cargas com as quais se está mais habituado quando se estuda eletrostática. Desse modo, num dielétrico, a densidade volumétrica de carga pode ser escrita como:
4. DESENVOLVIMENTO
ESCOLHER UM TEMA A ABORDAR PARA O CÁLCULO – EXEMPLO – PODEMOS CALCULAR A ELETRICIDADE ESTÁTICA NUM CAPÔ DE UM CARRO.
4.1 - Descrição do problema encontrado
Devido um problema diagnosticado no chão fábrica, especificamente no final do processo de embalagem dos pneus em uma strechadeira, foi observado que no momento do corte do filme de PVC o colaborador sofria um choque causado pela energia estática concentrado na superfície dos materiais isolante.
4.2. Descrição da solução
De acordo conceitos supracitados e os fenômenos causadores desse choque elétrico por estática, foi desenvolvido uma técnica simples, barata e eficiente para o problema decorrente. A qual se tratava na descarga desse isolante pelo método de contato, pois 
quando um corpo condutor (figura3.b) carregado com carga negativa é "encostado" em outro corpo condutor (figura 3.c) eletricamente neutro e aterrado, o corpo carregado tende a se anular evitando assim o choque causado pela concentração de cargas na superfície desse polímero.
- RETIRAR ESTAS IMAGENS
(Borracha) 3.a	 (Carregado por Atrito) 3.b	 (Descarregado por Contato) 3.c
- REALIZAR O CÁLCULO DE ACORDO COM A SUPERFÍCIE ESCOLHIDA PARA ENSAIO
4.3. Cálculos
O resultado da carga armazenada na embalagemestá relacionado com a área: 
Onde A é a área do  é a densidade superficial de carga máxima. Logo, para determinar o valor da carga acumulada, é necessário primeiro calcular o valor dessa densidade, pela equação:
Onde  é o campo elétrico na face externa do condutor e  é a permissibilidade do meio, e seu valor é:
para , temos o valor de:
Então, com as equações descritas anteriormente, foi possível calcular o valor da carga máxima armazenada. Seu valor em Coulomb é: 
Sabendo-se o valor da carga máxima acumulada, foi possível também, determinar o potencial elétrico pela seguinte equação: 
Onde K0 é a constante eletrostática no vácuo, que é aproximadamente igual a do ar. Seu valor é:
e o valor teórico do potencial elétrico é: 
5. ANALISE DOS RESULTADOS
O processo estava baseado no atrito da borracha e do PVC, os quais foram carregados eletricamente por essefenômeno. A condição para que ocorra o fenômeno é que os corpos devem possuir materiais diferentes, ou seja, não devem ter as mesmas propriedades de ganhar ou perder elétrons.Para o cálculo, achamos conveniente usarmos o campo elétrico máximo, e este sendo quando ocorre a rigidez dielétrica. Obtivemos o valor do campo e constante utilizada de acordo com a literatura de (Paul Tipler).
6.CONCLUSÃO – DESENVOLVER CONCLUSÃO COM BASE NO NOVO TRABALHO.
Foi concluído que houve umatransferência de cargaspelaação do atrito do filme de PVC com o Pneu, ficando carregadospor estática. Essa carga produz um campo elétrico nulo e uma diferença de potencial constante, porem quando em contato com outro corpo que esteja aterrado, gera um diferencial de potencia que pode ser medido e descarregado eletrostaticamente por contato ou parcialmente por indução caso romper o dielétrico do ar. Quando sentimos um choque de eletricidade estática, estaremos experimentando uma descarga de no mínimo 3.000 volts.
É importante ressalta que os resultados obtidos foram apenas teóricos, pois para ter valores experimentais necessitaríamosde instrumentos adequados.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; E. WALKER, J. Fundamentos da Física III. 7ª edição. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2006.
- CLAYTON R. Paul. Eletromagnetismo para Engenheiros, Bookman, 2006.
- HAYT, Jr. William H. Eletromagnetismo. 6ª edição. Rio de Janeiro: LTC, 2000/2003.