RELATÓRIO DA AULA EXPERIMENTAL DE FÍSICA 3 Gerador

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FÍSICAEXPERIMENTAL III
ENGENHARIA CIVIL
GERADOR DE VAN DE GRAFFT
Alessanda Forte Nunes – Matricula: 201307187021
Cristiane Marian – Matricula 201307388752
Marcelo Dutra Martins - Matricula 201308013272
 Marcelo de Lucca Geraldo – Matricula 201307073263
Vania Kohl - Matricula 201308121458 
4.° SEMESTRE / 2015-01
	
Introdução
O engenheiro e físico americano Robert J. Van de Graaff (1901 – 1967) construiu um gerador, em 1931, que foi o primeiro utilizado em pesquisa nuclear. Versões pequenas do gerador são vistas em demonstrações sobre eletricidade produzindo o efeito de arrepiar os cabelos de quem tocar na cúpula. Porém o gerador foi inventado para fornecer a alta energia necessária para os primeiros aceleradores de partículas.
Objetivo
Verificar experimentalmente todos os efeitoscausados pelo campo elétrico gerado em torno da cúpula do gerador de Van de Grafft. Com materiais distintos excitaremos os eletrodos de formas diferentes, afim de interpretar as diferentes reações dos materiais e do campo elétrico formado pelo gerador.
Procedimentos Experimentais
Procedimento 1: Distribuição das Cargas Elétricas nos Corpos
Material utilizado:
Gerador eletrostático;
Controlador de velocidade;
Cuba de vidro;
Tiras de papel laminado;
Algodão;
2 cabos de ligação;
Fita adesiva;
Torniquete eletrostático.
Foi cortado fitas de papel alumínio (5mm x 6mm) e fixadas na superfície externa da cúpula, com o gerador eletrostático regulado a uma velocidade média, verificamos que a fita adesiva foi repelida pela cúpula, por tanto a fita tem carga igual a da cúpula.
Para o teste com fios de algodão, observamos que ouve atração entre o algodão e a cúpula, sendo os dois de cargas diferentes.
Procedimento 1: O Poder da Pontas
Prendeu-se na parte superior da cúpula uma hélice de alumínio, ao ligarmos o gerador a hélice começou a girar em sentido anti-horário, e a velocidade aumentava conforme a velocidade do gerador também ficava maior, isso ocorreu por que houve repulsão entre os materiais. Uma ponta é uma região muito curva,a eletricidade se acumula nas regiões mais curvas, então quando eletrizamos um corpo e este corpo tem uma ponta, nessa ponta irá ter um grande acúmulo de eletricidade, por isso a esfera girou.
O mesmo acontece quando uma pessoa encosta as mãos a esfera, a pessoa e a esfera sofrem atração, e logo os cabelos ficam arrepiados, pois a eletricidade fica na ponta dos fios, e se alguém tocar nessa pessoa ira sofrer um choque. 
Procedimento 3: Descargas em gases de alta pressão
Ligamos um segundo eletrodo com esfera menor a um pólo do gerador, por terem cargas diferentes, a esfera menor puxa os raios da esfera maior. São varias descargas rápidas, de raios com uma luz azul, esses raios são chamados de Centelha.
Procedimento IV: Vento Iônico
Ligamos o gerador, e deixamos por um tempo ligado, a um limite de ionização, e quando este limite é ultrapassado, as cargas começam a escapar e ioniza o ambiente em volta da esfera, esses íons criados têm a mesma carga da esfera, portanto são repelidos. Ao aproximarmos uma vela acesa, notamos que o fogo é repelido pelo vento iônico que foi produzido pelos íons que estão escapando da esfera. Ao desligarmos a esfera notamos que a chama da vela se mantêm normal.
Questões de aprofundamento:
O que se entende por campo elétrico? Por que dizemos que o campo elétrico é um campo conservativo?
R: Campo elétrico é o campo estabelecido em todos os pontos do espaço sob influencia de uma carga geradora de intensidade Q, de modo que uma carga de prova de intensidade q é sujeita a uma força de interação (atração ou repulsão) exercida por Q. 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 distancia entre A e B. Matematicamente podemos dizer que o campo conservativo tem seu rotacional nulo. Muito embora esta é uma exigência apenas, pois nem todo campo rotacional nulo será conservativo. Campo elétrico é um campo conservativo.
O que se entende por linhas de força de um campo elétrico?
R: Linha de força é a linha (curva), imaginária, cujo a tangente dá a direção do campo elétrico num dado ponto. Exemplo: num campo elétrico uniforme, as linhas de campo são linhas retas e imaginárias paralelas umas ás outras.
Cite três propriedades das linhas de força de um campo elétrico?
R: 1 – Saem de cargas positivas e chegam nas cargas negativas;
 2 – As linhas de força nunca se cruzam;
3 – A intensidade do campo elétrico é proporcional á concentração das linhas de força.
Assinale a região onde o campo elétrico representado é mais intenso.
R: .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/No exemplo da figura temos P3 como região mais intensa do campo elétrico.
Desenhe a orientação do vetor campo elétrico E nos pontos de PI a P5.
R: .
 
Explique o processo de formação e acúmulo de cargas no gerador eletrostático.
R: 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. Como as cargas são transportadas continuamente pela correia, elas vão se acumulando na esfera.
Descreva e explique o fenômeno ocorrido ao se aproximar a esfera metálica da cúpula do gerador eletrostático.
R: Ao aproximar a esfera metálica da cúpula de metal ocorre o aparecimento de uma ddp, pois na superfície da cúpula do gerador ocorre um sobre carregamento de cargas. Quando a distancia entre o gerador e o objeto for pequena o suficiente para que o campo elétrico exceda a rigidez dielétrica do ar , onde ocorrem as faíscas.
Justifique o fato da mistura gasosa envolvente (ar atmosférico) passar de isolante para condutor de eletricidade. Faça uma comparação com o fenômeno dos relâmpagos que ocorrem durante uma tempestade.
R: Os isolantes de eletricidade não tem muitos elétrons livres para interagirem com outros átomos, pois são fortemente presos ao núcleo. Um isolante pode se tornar um condutor quando por exemplo no caso do ar atmosférico que é um ótimo isolante, mas quando há a descarga de um raio, esses elétrons interagem com o ar e fazem com que eles se desprendam do núcleo e se tornem condutores.
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)?
R: O ruído que escutamos nada mais édo que um rápido aquecimento e expansão das moléculas de ar ao redor da esfera, isso no momento em que é quebrada a sua rigidez. A Coloração no tom azulado da descarga se dá pelo fato de ser uma descarga de grande intensidade em um curto intervalo de tempo, o tom azulado demonstra intensidade, e devido a isso, tem-se esse tom nos pequenos raios.
	A passagem de corrente elétrica, se dá passando da cúpula do gerador para a esfera, propagando-se através do ar.	
Explique o movimento de cargas durante a produção de descarga elétrica.
R:Vamos dar como exemplo a descarga elétrica proveniente de um raio, sendo que a primeira carga a se movimentar, vem da base da nuvem na maioria das vezes e essa carga é chamada de Carga Líder, tem esse nome porque desce em etapas ou escalas, em intervalos de tempo quase uniformes. Algumas cargas seguem novos caminhos fora do cabal principal, criando ramificações em muitos pontos. Isso ocorre porque na atmosfera há muitos íons, distribuídos de maneira não uniforme, fazendo com que atraia ou repila essas cargas para um lugar indeterminado. As bruscas variações de velocidade da Carga Líder, produzem uma onda eletromagnéticade frequência da luz visível, portanto não perceptível ao olho humano. Quando há o movimento da Carga Líder seguido por outras cargas provenientes da base da nuvem, esse movimento faz com que se crie uma corrente elétrica que chamamos de raio.
Como denominamos o ruído e a cor azulada que surgem durante a descarga quando este ocorre na natureza?
R: o ruído é o trova e tem cor azulada. Na natureza a atmosfera precisa estar instável, e o ar úmido. Se o ar tem uma elevação forte, o ar então resfria até temperaturas abaixo do ponto de orvalho e condensa, assim libera calor, elevando o ar e causando a trovoada.
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?
R: Esse maior valor é denominado rigidez dielétrica e varia de matéria para matéria. Se o campo em um dielétrico se tornar muito intenso, começará a puxar, ou empurrar para o campo de sinal contrário, elétrons completamente para fora das moléculas e o material se tornará condutor. Sendo assim, o campo dielétrico máximo que um dielétrico pode suportar sem se romper é conhecido como Rigidez Dielétrica.
Conclusão
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. Portanto pode-se comprovar que as linhas de força são sempre perpendiculares às superfícies metálicas dos eletrodos. Podemos notar que cada material reagiu de uma forma distinta, conforme sua carga, uns foram repelidos e outros foram atraídos. 
Bibliografia
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física. v. 2. 6. ed. Rio de Janeiro, RJ 2006.
http://www.ebah.com.br/content/ABAAABML8AF/van-graaf-fisica-iii