RELATORIO 02 FISICA AEDB (DESCARGA EM GASES A ALTA PRESSÃO)

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ASSOCIAÇÃO EDUCACIONAL DOM BOSCO 
FACULDADE DE ENGENHARIA DE RESENDE 
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL – 2° ANO 
 
 
 
 
 
DESCARGA EM GASES A ALTA PRESSÃO 
ROTEIRO 02 
GRUPO 06 
 
 
 
 
ABIDÃ SARMENTO GOMES 14277174 
ARIANE FERREIRA DA SILVA 14277010 
JEAN MAX COUTINHO SOARES 14277022 
JONATA MESQUITA SAMPAIO 14277028 
 
 
RESENDE/RJ 
2015 
Abidã Gomes
Nota
NÃO ESQUEÇA DE FAZER A SITAÇÃO NAS REFERENCIAS DE ONDE RETIROU, AGRADEÇO PELA AJUDA !!!!!
ABIDÃ SARMENTO GOMES 14277174 
ARIANE FERREIRA DA SILVA 14277010 
JEAN MAX COUTINHO SOARES 14277022 
JONATA MESQUITA SAMPAIO 14277028 
 
 
 
 
 
DESCARGA EM GASES A ALTA PRESSÃO 
 
 
 
 
RELATÓRIO APRESENTADO Á 
DISCIPLINA DE FÍSICA, SOLICITADO 
PELO PROFESSOR EVANDRO, PARA 
OBTENÇÃO DE NOTA PARCIAL NO 
PRIMEIRO BIMESTRE. 
 
 
 
RESENDE/RJ 
2015 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 3 
2. OBJETIVOS GERAIS ............................................................................................................... 4 
3. MATERIAL NECESSÁRIO ...................................................................................................... 4 
4. FUNDAMENTOS TEÓRICOS ................................................................................................. 4 
5. PRÉ – REQUISITOS ................................................................................................................. 5 
6. POR QUE O CAMPO ELÉTRICO É UM CAMPO CONSERVATIVO? ............................ 6 
7. LINHAS DE FORÇA DE UM CAMPO ELÉTRICO .............................................................. 7 
8. PROPRIEDADES DAS LINHAS DE FORÇA DE UM CAMPO ELÉTRICO .................... 8 
9. ANDAMENTO DA ATIVIDADES .......................................................................................... 10 
10. CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 12 
11. REFERENCIAS ................................................................................................................... 13 
12. ANEXOS ............................................................................................................................... 14 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
 
Com o intuito de se estabilizar eletronicamente, todo corpo material precisa 
sofre uma descarga elétrica, com isso os elétrons em nossa atmosfera também 
acabam se descarregando entre na Terra, entretanto o ar atmosférico tem uma 
propriedade dielétrica, ou seja, ele é um isolante, mas todo material dielétrico tem sua 
rigidez elétrica, no qual se ultrapassada, o material passa de isolante para condutor 
elétrico. 
Podemos observar claramente esse efeito de descarga elétrica no qual nossa 
atmosfera sofre, no qual denominamos como Raio, e trovões, que são transferidos do 
nosso céu para a Terra. 
 
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2. OBJETIVOS GERAIS 
 
Ao termino desta atividade o aluno será capaz de: 
Identificar os eletrodos ânodo e cátodo. 
Classificar os gases dentro da família dos condutores. 
Concluir a importância da pressão ( a que um gás é submetido ) e da distância 
entre os elementos. 
Descrever as condições necessárias para que se estabeleça uma descarga 
elétrica através de um gás a alta pressão. 
 
3. MATERIAL NECESSÁRIO 
 
1 Gerador de correia ( gerador de Van der Graaff ). 
1 Conexão de fio com pino banana. 
Uma esfera com cabo. 
 
4. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 
 
Nesta atividade, duas esferas metálicas foram submetidas a uma diferença de 
potencial na ordem de 240.000 volts e se encontraram imersas no ar atmosférico. 
Estas duas esferas, denominadas eletrodos, afastadas entre se a uma distância d, 
foram conectadas ai gerador eletrostático, responsável pela D.D.P. aplicada. 
A “cabeça” esférica do gerador ( polo positivo ) funcionou como um eletrodo 
denominado de ânodo. Sua base inferior ( com orifício de conexão, sem aterramento 
) foi denominado o eletrodo negativo, chamado de cátodo. 
Houve situações em que o ânodo e o cátodo se encontraram confinados ( 
geralmente em tubos de vidro ) podendo ser submetido a variações controladas de 
pressão. Neste caso verificou-se que: 
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Diminuindo-se a pressão, a condutividade elétrica do gás aumenta. 
Para uma pressão fixa, diminuindo-se a distância entre os eletrodos, a 
capacidade do gás se tornar um condutor aumentou. 
Um gás depende da pressão no qual está submetido e da distância entre os 
eletrodos nele imersos para se enquadrar como condutor ou isolante. 
Usualmente, pressões de uma ou mais atmosferas são consideradas alta 
pressão, portanto, nesta atividade, operou-se com uma mistura gasosa ( ar 
atmosférico ) considerada a alta pressão. 
 
5. PRÉ – REQUISITOS 
 
Ao estudarmos o campo gravitacional terrestre, analisamos o movimento de 
subida ou descida de um corpo usando o conceito de energia potencial gravitacional. 
A diferença entre as energias potenciais adquiridas pelo móvel entre dois pontos A e 
B as sua trajetória, em movimento de descida, foi definida como o trabalho realizado 
pelo campo gravitacional terrestre ( para movê-lo de ponto A ao ponto B ). Constatou-
se então, que o valor deste trabalho independia da trajetória que o móvel executasse 
entre A e B. 
Devido a esta propriedade que o campo gravitacional terrestre possui, dizemos 
que ele é um campo conservativo ( independente da trajetória percorrida pelo corpo ). 
Um campo elétrico possui as seguintes unidades: 
𝑵 𝑪⁄ 
 ou 
𝑽 𝒎⁄ 
 
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6. POR QUE O CAMPO ELÉTRICO É UM CAMPO CONSERVATIVO? 
 
A principal característica natural conservativa de um campo é a existência de 
um potencial associado a cada ponto do campo, ou a existência de superfícies 
equipotenciais, de tal maneira que o trabalho que deve ser realizado para se 
locomover um corpo de prova entre dois pontos do campo depende da posição entre 
esses dois pontos. 
Em um campo conservativo esse deslocamento não altera a energia mecânica 
do corpo que se locomove. O trabalho realizado entre os dois pontos do campo é igual 
à variação da energia potencial entre os pontos. 
 
 
 
 
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7. LINHAS DE FORÇA DE UM CAMPO ELÉTRICO 
 
Linha de força ou linha de fluxo, de um campo elétrico, é uma linha curva, 
imaginária, cuja tangente dá a direção do campo elétrico em um certo ponto. As linhas 
são geralmente curvas, mas nem sempre serão curvas em todos os casos; por 
exemplo, em um campo elétrico uniforme, as linhas de campo são linhas retas e 
paralelas umas às outras. 
Estudando e observando as linhas formadas por limalhas de ferro em uma folha 
de papel colocada sobre um imã, Michael Faraday propôs o conceito de linhas de 
força. Essas linhas permitem estudar por onde irá passar o campo elétrico, e sua 
intensidade, conforme a concentração de limalha de ferro em determinado local. Elas 
são definidas como linhas que mostram a atuação do campo elétrico em um 
determinado ponto no espaço. 
Uma tangente à linha de força em um ponto especifico indica a direção do vetor 
 neste ponto. 
A quantidade de linhas de força por área é proporcional ao módulo do vetor 
. Isto significa que as linhas são mais próximas entre si onde é maior e mais 
afastadas onde é menor. 
Para calcular as linhas de fluxo utilizamos recursos do cálculo, já que o cálculo 
destas linhas não passa da soma das linhas do campo elétrico. Desta forma, podemos 
escrever uma fórmula, lembrando que estamos obtendo um produto escalara partir 
de dois vetores. 
 . 
 
 
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8. PROPRIEDADES DAS LINHAS DE FORÇA DE UM CAMPO 
ELÉTRICO 
 
Em uma linha de força, tanto o potencial elétrico, como os campos elétricos 
sempre irão variar. Mesmo a linha de força não sendo retilínea, o campo irá ter uma 
direção alterada. 
O potencial sempre irá decrescer no sentido da linha de força. 
Quando um campo elétrico for formado por uma carga positiva, o seu potencial 
elétrico também será positivo e a equação usada para descobrir o potencial elétrico 
será: 
𝑽𝒑 = 𝑲𝟎 × (
𝑸
𝒅
) > 𝟎 
Quando um campo elétrico for formado por uma carga negativa, o seu potencial 
elétrico também será negativo e a equação usada para descobrir o potencial elétrico 
será: 
𝑽𝒑 = 𝑲𝟎 × (
𝑸
𝒅
) < 𝟎 
As linhas de força de um campo elétrico não podem ser fechadas 
Considerando que os pontos A e B coincidem entre si, e considerando o 
potencial de uma função de ponto, obtemos: 
VA=VB 
Considerando a propriedade, se nos movimentarmos no sentido da linha, o 
potencial irá diminuir, portanto obtemos: 
VA = VB 
Duas linhas de força de um mesmo campo elétrico nunca se cruzam. 
Suponhamos que duas linhas de força (1) e (2) se cruzassem no ponto. Como em 
cada ponto o vetor campo é tangente à linha de força, conclui-se que existiria um vetor 
 tangente à linha de força (1), e um vetor tangente à linha de força (2). Logo, no 
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mesmo ponto A existiriam dois campos, e . Mas, isso não pode acontecer, pois 
pela propriedade fundamental do campo elétrico, em cada ponto só existe um vetor 
campo, perfeitamente determinado em intensidade, direção e sentido. 
 
 
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9. ANDAMENTO DA ATIVIDADES 
 
1. Conectou-se a esfera com cabo ao aparelho, ligou-se o motor e aproximou-
se a esfera com cabo há “cabeça” do gerador. 
 
2. Observou-se que ao se aproximar a esfera com cabo há “cabeça” do gerador, 
ocorreram algumas descargas elétricas entre eles, sendo que a esfera com cabo 
descarregava na “cabeça” do gerador, durante a descarga, notou-se que havia a 
presença de sons e luzes. 
 
3. Observou-se que o ar atmosférico passava a ser não mais um isolante, mas 
sim um condutor elétrico pelo fato de que, quando há uma descarga elétrica de um 
raio por exemplo, os elétrons começam a interagir com os elétrons do ar atmosférico, 
fazendo com que desprendam do núcleo, o que o torna não mais um isolante, e sim 
um condutor. 
 
4. No momento em que o gás deixa de ser isolante, o campo elétrico possui um 
certo valor entre os eletrodos, que conforme o aumento da intensidade do campo, 
começara a “empurrar” ou “puxar” elétrons, a força que interage entre os dielétricos é 
conhecida como “rigidez dielétrica”. 
 
5. A rigidez do ar atmosférico é cerca de 30.000 V/cm, durante o experimento, 
o gerador de Van der Graaf gerou-se por cerca de 240.000 volts, o que foi causou-se 
uma distância mínima de aproximadamente de 8 cm para que o ar atmosférico 
passasse de isolante para condutor, por causa da intensidade do campo, e começar 
a se descarregar, formando-se “mini-raios” durante a descarga. 
 
6. Pesquisou-se outros materiais dielétricos e a sua rigidez elétrica: 
 
 Baquelite, sua rigidez dielétrica é cerca de 24 × 106 𝑉/𝑚 
 Borracha de Neopreno, sua rigidez dielétrica é cerca de 12 × 106 𝑉/𝑚 
 Nylon, sua rigidez dielétrica é cerca de 14 × 106 𝑉/𝑚 
 Papel, sua rigidez dielétrica é carca de 16 × 106 𝑉/𝑚 
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 Vidro Pyrex, sua rigidez dielétrica é cerca de 14 × 106 𝑉/𝑚 
 Polietileno, sua rigidez dielétrica é cerca de 23,5 × 106 𝑉/𝑚 
 Quartzo, sua rigidez dielétrica é cerca de 8 × 106 𝑉/𝑚 
 Óleo de silicone, sua rigidez dielétrica é cerca de 15 × 106 𝑉/𝑚 
 Titanato de Estrôncio, sua rigidez dielétrica é cerca de 8 × 106 𝑉/𝑚 
 Teflon, sua rigidez dielétrica é cerca de 60 × 106 𝑉/𝑚 
 
7. Notou-se o barulho e a cor azulada do raio durante as descargas, o que 
condiz com, que a cor azulada que é produzida não é nada mais que o atrito que é 
gerado entre os elétrons durante a descarga, causando uma cerca “queima” do ar, já 
o barulho da descarga, se explica pela expansão separando-se as moléculas de ar 
extremamente rápida para que os elétrons se desloquem e aconteça a descarga. 
 
8. A cor azulada durante a descarga é denominada por nós como raio ou 
relâmpago, já o barulho da expansão do ar que ocorre, denominamos como trovão. 
 
 
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10. CONCLUSÃO 
 
Durante o experimento ficou claro os motivos no qual nosso ar atmosférico 
passa de isolante elétrico para condutor elétrico através do experimento com o 
gerador de Van der Graaf, formando-se pequenas descargas elétricas ( mini-raios), 
conseguiu-se comprovar a rigidez dielétrica do ar atmosférico, no qual conseguimos 
um coeficiente de aproximadamente 30.000 V/cm, o que proporcional ao gerador, 
uma distancia mínima de 8 cm para que se possa gerar uma descarga. 
 
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11. REFERENCIAS 
 
Eletrostática,Noas<http://www.noas.com.br/ensino-
superior/fisica/eletricidade/eletrostatica/> Último acesso em: 01/04/2015. 
 
Raios e relâmpagos, Ciência e tecnologia. <https://cienciasetecnologia.com/raios-
relampagos/>. Último acesso em 01/04/2015. 
 
Dielétrico, Wikipédia. <http://pt.wikipedia.org/wiki/Diel%C3%A9trico> . Último acesso 
em: 01/04/2015. 
 
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12. ANEXOS