Eletro 1 - P 1 - Relatório

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Universidade Federal do Ceará
 OBJETIVOS
- Verificar a eletrização por atrito;
- Verificar a atração e a repulsão entre cargas elétricas;
- Identificar as cargas;
- Verificar a condutibilidade elétrica;
- Verificar a rigidez dielétrica;
- Verificar a indução eletrostática;
- Conhecer o princípio de funcionamento do gerador de Van de Graaff.
1.2 MATERIAL
- Dois bastões de polipropileno (bastões opacos);
- Dois bastões de acrílico (bastões transparentes);
- Papel;
- Eletroscópio;
- Isopor;
- Suporte para bastão com fio de seda;
- Tudo de neon;
- Bolinha de isopor;
- Bolinha aluminizada;
- Gerador de Van de Graaff.
1.3 FUNDAMENTOS
Os primeiros passos na história da Eletricidade foram dados há bastante tempo, por volta de 600 anos a. C, Tales de Mileto percebeu que ao esfregar folhas secas no âmbar (uma resina fóssil muito usada para a manufatura de objetos ornamentais), a propriedade de atrair corpos leves era facilmente notada. A partir do século XVII alguns estudos mais sistemáticos sobre a eletricidade começaram a ser feitos, como a eletrificação por atrito pelo físico alemão Otto Von Guericke que em 1672 inventa a máquina produtora de cargas elétricas. No século XVII a máquina de carga elétrica evolui e chega a uma espécie de disco de vidro rotativo que entra em atrito com um isolante. Petrus van Musschenbroek também fez uma fantástica descoberta: O condensador, uma máquina capaz de armazenar cargas elétricas. Nos laboratórios de Ciências da rede pública de ensino do estado do Ceará esta máquina se faz bastante presente, sendo usada por muito professores de Física nas aulas de Introdução ao Estudo de eletricidade.
Figura 1. Dispositivo de eletrização de Musschenbroek em tamanho real e Garrafa e Leyden (aparelho feito especificamente para armazenar carga elétrica).
Figura 2. Dispositivo de Eletrização de Musschenbroek utilizado para demonstrações de Eletrostática em laboratório.
Eletrização por atrito
Temos um corpo eletrizado quando este tiver número diferente de prótons e elétrons, ou seja, quando não estiver neutro. Caracterizamos esse processo de retirar ou acrescentar elétrons a um corpo neutro para que este passe a estar com uma maior quantidade de cargas positivas ou negativas de eletrização. É preciso salientar que esse processo foi descoberto por volta do século VI a.C. pelo matemático grego Tales de Mileto, que concluiu que o atrito entre certos materiais era capaz de atrair pequenos pedaços de palha e penas, ele utilizou para tal experimentação um pedaço de âmbar (resina fóssil de uma árvore). No laboratório utilizamos bastante o método de eletrização por atrito para carregar os bastões de acrílico e polipropileno, percebendo em diversas situações os fenômenos de atração e repulsão eletrostática.
Gerador de Van der Graaff
O gerador de Van de Graaff foi criado em 1929, com o objetivo de atingir altas tensões. Esse equipamento foi muito útil para condução das pesquisas sobre a constituição dos átomos e pesquisas nucleares. O gerador constitui-se de um motor capaz de movimentar uma correia feita de material isolante. A correia atrita-se na parte inferior com uma escova metálica ligada ao eletrodo negativo ou positivo de uma fonte. Esse movimento eletriza a correia por atrito, que sobe pelo lado esquerdo eletrizada. Ao chegar à parte superior, a correia toca uma segunda escova, que está em contato com a camada esférica do gerador. Cargas elétricas de sinal oposto ao da correia penetram por ela, deixando a esfera do gerador eletricamente carregada e capaz de gerar altas tensões elétricas ao seu redor. A partir do momento em que as cargas acumuladas da esfera metálica criarem um campo elétrico de 30 KV/cm, o ar nas redondezas do condutor sofrerá um processo de ionização, o chamado efeito corona, que limitará o acúmulo de cargas elétricas na esfera.  O gerador de Van de Graaff pode ser utilizado em laboratórios de Física para o estudo de eletrizações por atrito, cargas elétricas, rigidez dielétrica etc.
 PROCEDIMENTOS
2. Atração ou repulsão de cargas elétricas.
- PROCEDIMENTO 2.1
	Suspendemos o bastão opaco (bastão de polipropileno) através do suporte com fio de seda, em seguida friccionamos um dos lados do bastão com um papel que nos foi fornecido no laboratório. Aproximou-se um bastão do outro, e pode-se observar que eles se repeliram, concluiu-se assim que os mesmos tinham cargas iguais.
- PROCEDIMENTO 2.2
	Novamente atritou-se uma das pontas do bastão ainda suspenso e, do mesmo modo, com o bastão de acrílico (bastão transparente). Ao aproximar os bastões, podemos observar facilmente que eles se atraíram, ou seja, percebemos assim que os mesmos tinham cargas diferentes. Um fato interessante observado foi que ao friccionar o papel contra os bastões, o processo de eletrização por atrito acontecia de maneira mais fácil ao movimentar o papel apenas em uma direção e de maneira continua e intensa.
- PROCEDIMENTO 2.3
	Suspendemos o bastão de acrílico (bastão transparente) no fio de seda. Com o papel que nos foi fornecido atritou-se uma das pontas do bastão suspenso e, do mesmo modo, com o outro bastão de acrílico. Aproximou-se um bastão do outro, e pode-se observar que eles se repulsavam, concluiu-se assim que os mesmos tinham cargas iguais.
- PROCEDIMENTO 2.4
É possível identificar a carga gerada no bastão de polipropileno ou de acrílico através dos procedimentos acima?
	Não, com os bastões é possível apenas identificar o processo de atração e repulsão.
- PROCEDIMENTO 2.5
	Foi montado o eletroscópio com o ponteiro na vertical. Com o papel toalha que nos foi fornecido, atritamos bastão de polipropileno e colocou o mesmo em contato com o corpo do eletroscópio, fazendo com que este fosse carregado. Observou-se que o ponteiro, inicialmente na vertical, inclinou-se de modo a se repelir do eletroscópio, pois ao eletrizar este com o bastão, aquele também se eletriza com a mesma carga e ambos sofrem repulsão.
- PROCEDIMENTO 2.6
	Para a execução desse procedimento, foi repetido o Procedimento 2.5, trocando-se apenas o bastão de polipropileno pelo de acrílico. Observou-se que o ponteiro, inicialmente na vertical, inclinou-se de modo a se repelir do eletroscópio, pois ao eletrizar este com o bastão, aquele também se eletriza com a mesma carga e ambos sofrem repulsão.
- PROCEDIMENTO 2.7
O eletroscópio é capaz de identificar a carga gerada nos bastões?
	Não, com os bastões é possível apenas identificar o processo de atração e repulsão
3. Identificação de cargas
- PROCEDIMENTO 3.1
	Repetiu-se os procedimentos 2.5 e 2.6, utilizando desta vez o tubo de neon com o qual foi possível determinar o tipo de carga gerada em cada bastão. E concluímos que no bastão de acrílico, a carga gerada é positiva. Já o bastão de polipropileno, a carga gerada é negativa.
5. Indução eletrostática
- PROCEDIMENTO 5.1
	Ainda com os bastões atritamos tanto o bastão de polipropileno quanto o de acrílico. Aproximamos, um a um e sem tocar, os dois bastões do ponteiro do eletroscópio descarregado. Pode-se observar que o ponteiro foi atraído pelo bastão nas duas situações. Isso se dá porque houve uma separação de cargas no ponteiro quando se aproximou um bastão eletrizado, as cargas opostas às do bastão nos dois casos se atraíram com as cargas do mesmo, fazendo com o ponteiro se movimente.
6. Gerador de Van der Graaff
- PROCEDIMENTO 6.1
	Ligamos o gerador Van de Graaff e somente depois de desligado para não danificar o tubo neon, determinou-se o tipo de carga é positiva.
- PROCEDIMENTO 6.2
	Com o gerador Van de Graaff ligado, aproximou-se a bola de isopor suspensa por um fio de modo que a mesma tocasse a esfera do gerador. Observou-se que a bola de isopor ficou ligada à esfera do gerador. Como o isopor não é um condutor, o mesmo não pode ficareletrizado facilmente, logo, suas cargas apenas se separaram perto de um corpo eletrizado, o que faz com que as cargas do gerador atraiam as cargas opostas da bola.
- PROCEDIMENTO 6.3
	Repetiu-se o procedimento 6.2, trocando-se a bola de isopor por uma bola aluminizada. Depois que toca o gerador, repeliu-se do mesmo. Como o alumínio é um condutor, o mesmo fica eletrizado facilmente, e foi o que aconteceu, a bola ficou com a mesma carga do gerador. Enquanto não há o toque no gerador a bola aluminizada é repelida, ela circula o gerador até que haja contato.
7. Rigidez dielétrica
- PROCEDIMENTO 7.1
	A ruptura do poder isolante do ar foi de aproximadamente 8cm.
- PROCEDIMENTO 7.2
A rigidez do ar seco é 800V/mm, qual o potencial aproximado criado pelo gerador Van de Graaff?
	Como a distância encontrada foi de 8cm, temos:
800V ------- 1mm
 X -------- 80mm
X = 64000V 
 CONCLUSÃO
A eletricidade estática está bastante em nossas vidas desde à antiguidade. Os processos de eletrização por atrito, contato e indução foram bastante utilizados na realização dos procedimentos desta prática.
Percebemos também que é possível determinar com qual carga o corpo irá se eletrizar, dependendo da natureza da substancia do corpo ou da carga inicial de outro corpo, esse processo não pode ser identificado simplesmente pelo uso de bastões de materiais diferentes, mas para identificar tais cargas, utiliza – se um instrumento chamado tubo de neon que produz um brilho em um tubo de vidro preenchido com gás neon ao passar uma corrente elétrica através dele.
Foi visto também que se pode eletrizar qualquer corpo; mesmo que ele seja isolante, haverá uma tensão de ruptura que poderá ser alcançada dependendo da intensidade do campo elétrico, isso é muito comum de ocorrer, por exemplo no ar atmosférico. Faíscas e os relâmpagos são exemplos típicos, fenômeno que chamamos de ruptura dielétrica. Percebemos também que é possível gerar milhares de volts apenas com a eletrização por atrito através de uma máquina eletrostática chamada de gerador Van de Graaff, nome esse dado em homenagem ao físico norte – americano Robert Van der Graaff.
 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. SEARS, W. Francis, ZEMANSKY, W. Mark, YOUNG, D. Hugh e FREEDMAN, A. Roger, Física III. 12a edição - 2008. Pearson Addison Wesley. São Paulo.
2. RAMOS, Luiz Antônio Macedo. Física experimental. Porto Alegre, 1984.
3. DIAS, Nildo L. Física Moderna, Roteiros de Praticas - Para a licenciatura em Física - Universidade Federal do Ceara. 2019.
4. HALLIDAY, David, RESNIK Robert, KRANE, Denneth S. Física 3, volume 2, 5 Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2004. 384 p.
5. http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/a-eletrizacao-por-contato.htm - Acesso em 28 de agosto de 2019.