1º relatório de laboratório

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS
DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE E MAGNETISMO
EXPERIMENTOS DE ELETROSTÁTICA COM O GERADOR DE VAN DER GRAFF
CARAÚBAS/RN
NOVEMBRO DE 2018
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS
DOCENTE: ZENNER SILVA
DISCENTE: JOÃO JONATAN SILVA NUNES
EXPERIMENTOS DE ELETROSTÁTICA COM O GERADOR DE VAN DER GRAFF
CARAÚBAS/RN
NOVEMBRO DE 2018
RESUMO
O experimento teve como objetivo estudar o efeito de cargas elétricas que não estão em movimento (eletrostática) em objetos carregados e não carregados (neutros), tendo como meta entender os fenômenos de transferência dessas cargas entre os objetos, bem como visualizar o efeito da força elétrica que age entre as cargas de sinais diferentes e iguais, havendo, respectivamente, repulsão ou atração.
Ao término da prática ficou evidenciado o comportamento físico de excesso de cargas elétricas em objetos, sendo possível perceber que até mesmo um objeto neutro pôde ser influenciado perante a força elétrica. Outro comportamento bastante interessante foi a atração da chama da vela próximo ao gerador de Van der Graff.
INTRODUÇÃO
Em pleno Século 21, para todo lugar que se vá, percebe-se a presença de aparelhos eletrônicos, aos quais seria muito difícil viver sem a presença de muitos destes. Na residência, no trabalho, no lazer, ou seja, no dia-a-dia se faz necessário a utilização de aparelhos que funcionam a partir de cargas elétricas, embora neste caso estão em constante movimento.
Não só apenas na aparelhagem eletrônica, mas rotineiramente as pessoas se deparam com cargas elétricas. Quando o ar está seco, é possível produzir fagulhas esfregando os pés num tapete ou aproximando a mão de uma maçaneta, ao tocar uma torneira ou até mesmo ao vestir uma roupa num dia seco. Ao pentear o cabelo e, se por algum acaso, o pente se aproximar de folhas de papel pequenas, será possível observar que as folhas irão “grudar” no pente. Todos esses exemplos evidenciam um assunto bastante abordado na física, a atração eletrostática.
Essas aplicações diárias são todos fenômenos eletrostáticos. Esses fenômenos físicos recebem o nome de eletrização; são eles eletrização por contato, por indução e eletrização por atrito. Quando uma lã de algodão cede elétrons à uma barra de vidro, esta está transferindo-os por atrito, já uma barra de aço carregada ao tocar outra barra de alumínio cede elétrons por contato, outro exemplo de eletrização é a indução, que acontece quando uma barra metálica chega próximo de uma barra de cobre carregada e a de cobre transfere elétrons por indução (algum meio) para a barra metálica.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A carga elétrica está presente na constituinte mais básico da matéria, o átomo. Como sabe-se desde o ensino fundamental, o átomo é formado por prótons, nêutrons e elétrons. Os prótons têm carga positiva, nêutrons carga neutra e os elétrons carga negativa. Quando um corpo é dito neutro ou carga total zero, este corpo tem um número de prótons igual ao de elétrons, já quando ele é dito carregado, este objeto está com um desequilíbrio de cargas, ou seja, excesso de prótons ou elétrons. Daí, diz carregado positivamente (prótons) e negativamente (elétrons). 
Os materiais podem ser classificados de acordo com a sua facilidade de conduzir cargas elétricas. São chamados de condutores os materiais que conduzem carga com facilidade. Nesses materiais, a facilidade de movimentação é possível devido aos elétrons livres presentes na camada de valência. A ligação desses elétrons com o núcleo é bastante fraca, o que possibilita seu desprendimento do átomo e assim facilitando a movimentação das cargas. São considerados isolantes os materiais em que os elétrons presentes na camada de valência estão extremamente ligados ao núcleo, ou seja, é necessária muita energia para que seja possível o desprendimento de elétrons. Sendo assim, a passagem de cargas é dificultada.
Todo objeto é constituído de átomos, sendo assim de cargas. A carga elétrica é quantizada, ou seja, existe uma mensuração para a carga elétrica mais básica. Qualquer material carregado ou neutro tem carga q = ne, sendo e = 1,602 x 10-19 C. a carga do próton é igual a do elétron, ou seja, num corpo neutro existe cargas, contudo como são iguais, a carga total é zero.
Para que seja possível eletrizar um corpo por atrito ou contato pelo menos um deles deve ser condutor, já para que seja possível eletrizar por indução e gerar uma centelha de energia (choque), a carga elétrica no corpo condutor deve ser suficientemente alta para que seja possível quebrar a rigidez dielétrica do ar, e é justamente isso que acontece no experimento.
METODOLOGIA
Materiais Utilizados:
1 gerador de Van der Graff;
1 torniquete elétrico com pivô;
1 esfera auxiliar de descarga;
1 vela;
1 eletrodo gancho para o eletroscópio;
1 tachinha;
1 esqueiro
Procedimento Experimental
O experimento foi realizado em 5 etapas: 
1ª etapa:
O gerador de Van der Graff foi ligado, com isso o motor do equipamento acionou os roletes, que por sua vez giraram a correia de borracha. A correia estava em constante atrito com 2 pentes metálicos, que com o atrito cediam elétrons para a correia de borracha e esta conduzia as cargas pelo seu próprio movimento até a escova metálica que estava dentro da cápsula do gerador. A partir da escova, os elétrons fluíam até a cápsula do gerador (parte externa).
Já com o gerador carregado, pegamos uma esfera auxiliar de descarga e aproximamos ela do gerador. Já com ela próxima, percebemos que saiu uma faísca do gerador em direção à esfera auxiliar. 
Imagem referente ao experimento 1
Gerador carregado
2ª etapa:
Na segunda etapa colocamos uma tachinha pontiaguda na esfera de descarga. Ao aproximar a esfera junto com a tachinha próximo ao gerador carregado nada aconteceu, ou seja, nenhuma faísca ou descarga elétrica aconteceu. A tachinha foi colocada próxima ao gerador em diferentes posições.
Imagem referente ao experimento 2
	
3ª etapa:
 A terceira etapa do experimento consistiu na colocação de um torniquete elétrico (espécie de hélice) em cima do gerador. Quando o gerador estava carregado, o torniquete rotacionou com uma certa velocidade V constante. O torniquete foi colocado sobre uma tachinha, sofrendo assim o menor atrito possível.
Figura referente ao experimento 3
	
4ª etapa:
 Na quarta etapa da prática consistiu foi colocada um pequeno pedaço de papel alumínio num torniquete e, por sua vez, em cima do gerador de Van der Graff. Quando o gerador foi ligado e carregado as pontas da tira se afastaram do gerador, elas “subiram”, como se estivessem se repelindo.
Figura referente ao experimento 4
	
5ª etapa:
 A última etapa foi realizada acendendo-se uma vela e colocando-a próximo ao gerador. Quando carregado, a vela se afastou da superfície do gerador, repelindo-se.
Figura referente ao experimento 5
	
RESULTADOS E DISCUSSÕES
 Nesta parte do relatório será abordado os resultados e as discussões perante os fenômenos físicos ocorridos no laboratório. Todas as discussões e resultados serão apresentados na ordem descrita no tópico de metodologia.
 Vale salientar que não mensuramos nenhum cálculo ou medida, apenas discutiremos a fenomenologia.
Resultados do experimento 1:
 Para que fosse possível aparecer a centelha ou faísca, foi necessário que a carga contida no gerador de van der Graff rompesse a rigidez dielétrica do ar, ou seja, foi necessário uma DDP (Diferença De Potencial) muito grande para que o ar se tornasse um condutor.
 Sendo assim, houve eletrização por indução.Mesmo com a esfera auxiliar neutra, as cargas nela se separaram, as positivas ficaram próximas da superfície do gerador e as negativas foram para a região longe do gerador, ou seja, a esfera polarizou. Com isso, as cargas se atraíram, gerando a faísca.
Resultados do experimento 2:
 No experimento com a tachinha, não observou-se criação de faíscas. Isso aconteceu devido o poder das pontas. Isso ocorre porque o campo elétrico na ponta do objeto é muito alto, pois torna a DDP muito baixa e, por isso, não forma faíscas.
Essa experiência permite perceber que os raios só atingem o para-raios se a carga elétrica for muito grande e este estiver com uma distância pequena da nuvem. Caso contrário, o raio não cai devido a presença de para -raios com distância muito maior da nuvem.
Resultados do experimento 3:
Neste experimento, a rotação foi gerada por uma maneira muito similar à do experimento 1. Neste caso, os prótons do torniquete fluem para a parte do objeto mais próxima do gerador e os elétrons para as pontas, polarizando o corpo. Como os íons nas pontas do torniquete (elétrons) são de mesmo sinal que a carga do gerador, existirá a presença de uma força elétrica entre as duas cargas, e essa força gera o movimento do torniquete.
Resultados do experimento 4:
No experimento das folhas de alumínio o que aconteceu foi que assim como o gerador de Van der Graff, o alumínio é um condutor, e com isso ele tem elétrons livre já que a ligação dos elétrons com a camada de valência do alumínio é muito fraca. Portanto, dois corpos com cargas iguais o que pode acontecer é que só pode haver força de repulsão entre eles. 
Resultados do experimento 5:
No quinto e último experimento, o da vela, pode ser explicado da seguinte maneira: os elétrons na superfície do gerador atraem prótons das partículas de ar da vizinhança, sendo que esses prótons são “arrancados” das partículas, gerando assim íons carregados negativamente. Esses íons são por sua vez repelidos devido à força de repulsão, o que gera uma movimentação desses íons ao redor do gerador, criando assim um vento eletrostático, o que faz com que a chama da vela se afaste, uma vez que esses íons colidem com a chama.
CONCLUSÃO
Ao término do experimento chego a conclusão de que toda a experimentação foi fundamental para que pudéssemos realçar o conhecimento posto teoricamente tanto na sala de aula quanto no próprio laboratório. Todo o aparato utilizado em laboratório serviu para que ficasse claro as diferentes fenomenologias sobre eletrostática. E a questão que me vem a cabeça é: a metodologia da prática, bem como a maneira abordada serviram tanto para enriquecer meu conhecimento quanto sanar minhas dúvidas? E a resposta que também me vem é SIM. 
REFERÊNCIAS
SILVA, José Nilson. Uma abordagem histórica e experimental da Eletrostática. Estação Científica (UNIFAP), v. 1, n. 1, p. 99-113, 2011.
BERNARDO, Priscila Tavares Oliveira. GERADOR DE VAN DER GRAAF: INVESTIGANDO A CONDUTIBILIDADE ELÉTRICA. Revista Saberes Docentes, v. 2, n. 4, 2017.
Mundo Educação, Eletrização por Indução. Etapas da Eletrização por Indução. Disponível em: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/eletrizacao-por-inducao.htm.
Acesso em 25/11/18
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física. 8a Edição, Vol. 3.