Descarga elétrica na atmosfera

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Procedimento 04: Descarga elétrica na atmosfera
	Conectou-se um fio condutor entre o bastão com bola de metal e a conexão de fio terra do Gerador de Van de Graaff que estava em contato com uma superfície, em seguida movimentou-se o balão em direção à cúpula do gerador, onde foi possível identificar a ocorrência de uma descarga elétrica. A seguir, um esquema que demonstra o comportamento das cargas representando didaticamente o que foi observado experimentalmente.
Esquema de funcionamento do gerador: 1 esfera de metal, 2 eletrodo conectado a esfera, com uma escova na ponta para assegurar a ligação entre a esfera e a correia, 3 rolete superior, 4 lado positivo da correia, 5 lado negativo da correia, 6 rolete inferior , 7eletrodo inferior, 8 bastão terminado em esfera usado para descarregar a cúpula, 9 faísca produzida pela diferença de potencial
Como pode ser observado no esquema, o atrito gerado pelo contato da correia com a escova promove a polarização de cargas positivas para a superfície da cúpula, enquanto o eletrodo inferior, conectado ao bastão com bola de metal é utilizado para descarregar a cúpula, adquirindo cargas negativas. Devido à diferença de cargas entre a cúpula e a esfera de metal, estabelece-se uma diferença de potencial, que é o aumento da tensão elétrica promovido pelo gerador de Van de Graaff ao extrair constantemente as cargas da superfície, que está integrada ao sistema através de um cabo (fio terra). Esta diferença de potencial sendo acumulada faz com que a atração entre as cargas sejam extremamente forte, tornando o ar um condutor de eletricidade e provocando a descarga elétrica, liberando muita energia. 
O ruído e cor azulada identificados podem ser relacionados diretamente com a formação de raios na atmosfera. A diferença de potencial entre nuvens ou entre nuvem e solo gera uma descarga elétrica (raio) que promove uma corrente elétrica de grande intensidade a qual ao longo da atmosfera ioniza o ar e cria um plasma nesse processo, emitindo radiação eletromagnética em forma de luz (relâmpago). Esta grande liberação de energia também é responsável por um súbito aquecimento do ar, provocando sua rápida expansão que resulta numa violenta onde de pressão sob efeito sonoro (trovão).
Enquanto está sob influência de baixos potenciais o ar atmosférico, que possui alta resistência atua como um isolante, mas quando próximos a altas diferenças de potenciais, que foram evidenciadas durante o experimento, o ar passa a conduzir eletricidade, por este motivo o ar é definido como dielétrico. Quando o ar deixa de ser isolante e passa a ser um condutor, então admite a formação de um campo elétrico sobre ele. O valor limite admitido do campo elétrico sobre o ar atmosférico (kV/m) é denominado de rigidez elétrica e ao extrapolar esse valor os átomos que compõem o ar se ionizam, então deixam de atuar como isolante.
Sabendo-se que a intensidade máxima do campo elétrico necessário para tornar o ar condutor é aproximadamente igual a 3,0x106N/C, o diâmetro da esfera do gerador é de 20,0cm e considerando a constante eletrostática do ar como sendo 9,0x109 N.m.C-2, então é possível através dos seguintes cálculos, determinar o valor da carga máxima acumulada na esfera do gerador, pois a mesma será uniformemente distribuída pela superfície:
E=F/q F=K.Q.q/d2 → E=K.Q/d2
3,0x106 = 9,0x109 . Q/(2,0x10-1)2 → Q= 1,3x10-5 C
Considerando o módulo do campo elétrico nas proximidades da esfera do gerador como sendo uniforme, é possível determinar a diferença de potencial elétrico entre a esfera do gerador e o bastão metálico, utilizando a expressão:
U = Emáx . d, sendo d a distância em que ocorre a transferência de carga (assumindo 4cm)
U = 3,0x106 . 4
U = 1,2x107 V