Fisica Experimental III -Relatório 2

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Objetivos:
Entender o conceito de carga elétrica;
Descrever e entender o fenômeno da geração de cargas elétricas em um gerador do tipo Van der Graaff;
Entender o fenômeno da descarga elétrica e o mecanismo de transporte de cargas na atmosfera.
Reconhecer a importância da pressão e da distância entre os eletrodos na capacidade de condução elétrica num gás.
Lista de materiais
Um gerador eletrostático do tipo Van der Graaff
Uma esfera metálica com bastão
Uma conexão com pinos banana
Fundamentos teóricos:
Carga elétrica é uma propriedade física fundamental que determina as interações eletromagnéticas. Esta carga está armazenada em grande quantidade nos corpos ao nosso redor, mas a percepção dela não ocorre facilmente. Convenciona-se a existência de dois tipos de carga, a positiva e a negativa, que, em equilíbrio, são imperceptíveis. 
Gerador de Van de Graaff é uma máquina eletrostática que foi inventada pelo engenheiro estado-unidense descendente de holandeses, Robert Jemison van de Graaff por volta de 1929. A máquina foi logo empregada em física nuclear para produzir as tensões muito elevadas necessárias em aceleradores de partículas. A eletricidade estática ocorre quando são postos em contato dois materiais não condutores, será levado em consideração o estudo da repulsão e atração dentro de um campo elétrico.
Procedimentos da experiência:
Ligamos a chave do painel frontal, giramos o botão de velocidade para aceleração máxima. Regulamos a pressão das palhetas sobre a correia de borracha, aumentando o atrito, sem que esta pare de se movimentar. Aproximamos a esfera metálica com bastão do gerador eletrostático. Observamos que o atrito dos rodízios de metal fazia com que as cargas acumulassem na parte superior do gerador. Com isso ocorreu uma transferência de elétrons do gerador para esfera metálica.
A cor azulada durante a descarga elétrica é um canal ionizado, dentro do qual a energia eletrostática armazenada antes da descarga está sendo convertida em outras formas de energia, inclusive energia luminosa. A cor da luz que vem de dentro do canal depende também do gás utilizado; cada gás que por descarga elétrica pode emitir algumas em frequências ("cores") características. Mesmo no ar, se a descarga envolver pouca energia, a centelha pode ser avermelhada. Os mecânicos de automóvel testam as velas de ignição do motor, quando não tem equipamento sofisticado, olhando a cor da centelha; Centelha avermelhada é indesejável e neste caso revela problemas no equipamento de alta tensão que alimenta as velas. Portanto a cor branca azulada dos canais ionizados tem a ver com o gás dentro do canal, no caso do nosso experimento, o ar. 
O processo de eletrização no gerador de Van de Graaff ocorre quando um motor movimenta uma correia isolante que passa por duas polias, uma delas acionada por um motor elétrico que faz a correia se movimentar. A segunda polia encontra-se dentro da esfera metálica oca. Através de pontas metálicas a correia recebe carga elétrica de um gerador de alta tensão. A correia eletrizada transporta as cargas até o interior da esfera metálica, onde elas são coletadas por pontas metálicas e conduzidas para a superfície externa da esfera. Quando o gerador Van de Graaff começa a carregar, ele transfere a carga para quem o estiver tocando. Como os folículos capilares dessa pessoa estão sendo carregados com o mesmo potencial, eles tentam repelir uns aos outros. É por isso que os cabelos ficam em pé. Não faria diferença se a polaridade do gerador fosse invertida. Enquanto a pessoa estiver isolada, a carga vai aumentar, presumindo, logicamente, que o cabelo esteja limpo e seco. O gerador de van der graaf produz eletricidade estática e a pessoa ao toca – ló recebe essa energia devido ao processo de eletrização por atrito, quando em contato com outra que esteja carregada por cargas de sinal opostos ou neutros, tomarão choque devido o movimento de cargas elétricas de um corpo para o outro ate neutralizarem.
Exercícios Propostos 
O que se entende por campo elétrico?
Um campo elétrico é o campo de força provocado pela ação de cargas elétricas, ou por sistemas delas. Cargas elétricas colocadas num campo elétrico estão sujeitas à ação de forças elétricas, de atração e repulsão. 
Por que dizemos que o campo elétrico é um campo conservativo?
O trabalho realizado sobre uma partícula de prova por um campo conservativo independe da trajetória da partícula. Exemplo: o trabalho para deslocar uma massa sob o efeito de um campo gravitacional de um ponto A até B independe da trajetória de A até B: depende apenas da distância entre A e B.
O que se entende por linhas de força de um campo elétrico?
É uma linha reta ou curva imaginaria desenhada passando por uma região do espaço de modo de modo que sua tangente em qualquer ponto forneça a direção eo sentido do campo eletrico no ponto considerado.
Cite três propriedades das linhas de força do campo elétrico.
Constatou-se que a linha de força de um campo elétrico, linhas imaginárias, cria uma forma geométrica para se ver um campo elétrico, sendo que em cada um dos seus pontos existe um vetor campo elétrico. o gerador de Van der Graff ,usado no laboratório, mostrou que o atrito da correia junto com um bastão metálico estavam carregados de formas opostas um ao outro, onde a correia era positiva e o bastão negativo, enxergando-se assim as propriedades de um campo força elétrica onde cargas positivas saem e chegam nas cargas negativas, as linhas são tangenciadas pelo campo elétrico, portanto chegamos a conclusão que as linhas de um campo elétrico:
- Não podem ser fechadas
- São sempre perpendiculares
- Não se cruzam
Assinale a região onde o campo elétrico representado é mais intenso.
Quanto mais próxima de Q mais intensa será a força sobre a "carga de prova q" e, inversamente, será tanto menos intensa quanto mais afastada de Q.
Desenhe a orientação do vetor campo elétrico E nos pontos assinalados de P1 a P5.
Quanto mais próxima de Q mais intensa será a força sobre a "carga de prova q" e, inversamente, será tanto menos intensa quanto mais afastada de Q.
Lei do Inverso do Quadrado da Distância: (1/d²). No exemplo da figura temos P3 como região mais intensa do campo elétrico.
Caso abandonássemos uma carga no interior deste campo, trace as possíveis trajetórias que a mesma teria se a carga fosse positiva.
Caso abandonássemos uma carga no interior deste campo, trace as possíveis trajetórias que a mesma teria se a carga fosse negativa.
Explique o processo de formação e acúmulo de cargas no gerador eletrostático
Quando se introduz um condutor carregado dentro de outro oco e é posto em contato, toda a carga do primeiro passa ao segundo, qualquer que seja a carga inicial do condutor oco. Teoricamente, o processo poderia se repetir muitas vezes, aumentando a carga do condutor oco indefinidamente. Mas, existe um limite devido às dificuldades de isolamento da carga. Quando é elevado o potencial, o ar que o rodeia se torna condutor e começa a perder carga.
Descreva e explique o fenômeno ocorrido ao se aproximar a esfera metálica da cúpula do gerador eletrostático.
Quando o bastão de metal é colocado perto da Esfera de metal se a diferença de tensão entre o bastão de metal e a esfera de metal chegar a atingir 30,000 Volts por centímetro de ar seco. Uma corrente flui da esfera de metal para o bastão de metal, através do ar seco.
Justifique o fato da mistura gasosa envolvente (ar atmosférico) passar de isolante para condutor e eletricidade. Faça uma comparação com o fenômeno dos relâmpagos que ocorrem durante uma tempestade.
Suponhamos que um campo elétrico seja aplicado a um corpo isolado, colocando-o entre dois polos eletrizados e de sinais opostos (no caso em questão, o chão e as nuvens). Nestas condições, uma força elétrica atuará sobre todos os elétrons do isolante, o ar, tendendo a arrancá-los dos seus átomos. Sendo o campo aplicado suficientementeintenso, os elétrons serão arrancados e tornam-se elétrons livre, criando-se assim um grande número de íons no ar, alguns positivos e outros negativos. Devido aso íons presentes no ar, ele se torna condutor de eletricidade, permitindo assim o surgimento da corrente elétrica (no caso em questão, do raio). Processo semelhante pode ocorrer em qualquer outro isolante, dependendo apenas do valor do campo elétrico aplicado.
Justifique o ruído e a cor azulada verificada durante a descarga elétrica ocorrida no ar. Qual é o sentido do raio azulado produzido (da cúpula para o bastão ou do bastão para a cúpula)?
A coloração azulada da descarga se dá pelo fato de ser um "jato" de grande intensidade em um curto intervalo de tempo, e de acordo com o espectro das cores, tons azulados demonstram maior intensidade, o que acontece em nossa descarga. O ruído grave que escutamos é devido ao rápido aquecimento e expansão das moléculas de ar ao redor da esfera, isso no momento em que sua rigidez é quebrada.
Explique o movimento de cargas durante a produção da descarga elétrica.
Essas descargas elétricas se dão pelo fato de que ambas as esferas estão em potenciais diferentes, e elas nada mais são do que um "salto de elétrons" de uma esfera para a outra, numa tentativa de equilibrar as cargas delas; o corpo "neutro" ou menos carregado é induzido por aquele que possui mais elétrons livres (está mais carregado), eletrizando-o pelo processo de indução, havendo então a descarga. No momento da mesma, o ar deixa de ser um isolante e passa a ser um condutor, pois tem sua rigidez dielétrica quebrada, sendo o meio material onde a descarga se propaga.
Como denominamos o ruído e a cor azulada que surgem durante a descarga quando este fenômeno ocorre na natureza?
Quando a descarga ocorre devido à eletricidade estática em nuvens, o canal ionizado é muito maior e a energia liberada é muitas ordens de grandeza maior do que a energia liberada em um pequeno gerador de van der Graaff. A expansão brusca do canal ionizado é então uma verdadeira explosão, gerando uma onda sonora de grande intensidade, o trovão. 
No momento em que o gás deixa de ser isolante, o campo elétrico possui certo valor entre os eletrodos. Como determinamos, em Física, o maior valor que o campo elétrico E pode assumir sobre um material isolante, sem que este material conduza eletricidade?
Utilizando a fórmula: E= KQ/r², onde:
K= constante eletrostática
 Q= valor da carga
 R= raio
Conclusões
Podemos concluir que o experimento atingiu o objetivo proposto, 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. Pôde-se notar o seu comportamento diante de cada mudança estabelecida através da troca de configuração e disposição dos materiais usados nos experimentos.
Podemos 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 da farinha de mandioca sobre o óleo de rícino.