Gerador de Van de Graaff ALMEIDA

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Gerador de Van de Graaff
Cargas Eletrostáticas
Aluno:	 WILQUERSON ALMEIDA DA CUNHA
Matrícula: 201802121552 	
Turma: 3003
Professor: NELSON CORREIA DE SOUZA – Física Teórica Experimental III
Rio de Janeiro, 21 de Agosto de 2019 
Física Teórica Experimental III – Gerador de Van de Graaff | Cargas Eletrostáticas
1–Introdução
O Gerador Van de Graaff foi projetado e construído pelo engenheiro americano, Robert Jemison Van de Graaff ( 1901 – 1967) que dedicou-se ao estudo e a pesquisa de Física Atômica no Instituto Tecnológico de Massachusetts – MIT – após estudos de pós graduação na Universidade de Sorbonne (Paris) onde trabalhou com Madame Marie Curie.
 Em 1931 o Gerador Eletrostático de Alta Voltagem [Gerador Van de Graaff] já era usado para acelerar partículas, indispensável para desvendar a constituição do átomo.
A máquina de Van de Graaff tinha bolas de alumínio com 4,5 metros de diâmetro e produzia tensão de aproximadamente 2 milhões de volt e foram montadas em trilhos para facilitar os respectivos deslocamentos.
Os aceleradores Van de Graaff sofreram desenvolvimento tecnológico dando lugares ao hoje conhecido como “aceleradores Pelletron”.
No Instituto de Física da USP, em 1972, um acelerador Pelletron aposentou um antigo acelerador Van de Graaff que sustentou a pesquisa nuclear durante décadas.Fig.01
2–Objetivo
Realizar em laboratório demonstrações que  contextualizam  diversos aspectos dos  fenômenos eletrostáticos
3–Embasamento Teórico
a) No contato rolete de PVC - tira de borracha a superfície do rolete captura elétrons da correia [Ver Série Triboelétrica]. O rolete fica com cargas negativas (excesso de elétrons) e a superfície interna da correia de borracha com cargas positivas (falta de elétrons). Se a correia estiver frouxa a eletrização por contato não ocorrerá de forma satisfatória.
Fig.02
b) Devido ao movimento, na correia as cargas se distribuem numa área maior do que no rolete ou seja, a densidade superficial de cargas na borracha é menor do que no rolete. Por isso o campo elétrico entre o rolete inferior e as pontas do pente metálico torna-se intenso. Conseqüência: elétrons livres das pontas do pente metálico são repelidos até a carcaça do motor (onde o pente está ligado) e as “pontas” ficam com cargas positivas (falta de elétrons).
Fig.03
c) As pontas têm a capacidade de gerar campo elétrico cuja intensidade ( Poder das Pontas) é capaz de arrancar elétrons de moléculas de ar (Efeito Corona) . Assim, na região entre as pontas e o rolete inferior, surge uma mistura de elétrons e íons positivos de moléculas de ar (plasma, 4º estado da matéria) . Os elétrons são atraídos pelas pontas positivas e os íons positivos são atraídos no sentido do rolete negativo.
Fig.04
d) Como entre o rolete e as pontas existe a correia de borracha, os íons positivos de moléculas de ar colidem com a superfície externa da borracha e nela se fixam. São, então, levadas para o terminal esférico do Van De Graaff.
Fig.05
e) As cargas positivas, captadas pelas pontas do pente metálico superior se espalham pela superfície externa do terminal esférico ( bola de alumínio), deixando carregado o Van De Graaff. Quando o campo elétrico da esfera atingir o limite de 30 KV/cm, o ar começa o processo de ionização do ar [Efeito Corona] limitando o acumulo de mais cargas elétricas na esfera.
Fig.06
4–Procedimentos Experimental
4.1–Cabeleira de Einstein
Foi posto um pedaço de papel aluminio na estreminadade da esfera metálica, ao acionar o Gerador de Van de Graaff começa a se carregar, ele transfere a carga para o pedaço de papel aluminio consequentemente sendo carregado com o mesmo potencial e ocorrea a repulção do aluminio. 
Fig.07
4.2 – Experimento Chuva de Papel(confete)
Pegou-se um copinho de café colocou-se confete(papel picado) prendeu-se com a fita crepe na cabeça do gerador sob atuação do campo elétrico do gerador, ao ser ligador observou-se que alguns papeis picados voaram formando uma especie de chuva de papel picado, e outros ficaram aderidos no copo em um determinado t.
4.3 – Vento Elétrico
Prendeu-se a cima do gerador um suporte fixo onde encontrava-se sobreposta um hélice feita de aluminio fixada na parte superior do gerador, após o acionamento do Gerador observou-se que a pá do hélice começou a girar a medida que o campo elétrico aumentava, Saindo do seu estado de inercia começando a admitir velocidade constate.Fig.09
Fig.08
4.2 – Simulação de Para-Raios
Prendeu-se ao gerador via cabo pino banana a ponteira do gerador como na foto abaixo:
Fig.10
Ligou-se o gerador, nessa especie de martelo temos uma ponta aterrado ligada a uma taxinha, quando era apontada esse local de aterramento era conduzido uma especie de raio ligando o gerador ao ponto de aterramento.
5 – Poder das Pontas
Num condutor as cargas se espalham pela superfície. Se o condutor for esférico, as cargas distribuem-se uniformemente. Nas regiões pontiagudas [pontas e/ou arestas vivas] a densidade superficial de cargas elétricas ─ coulomb/cm² ─ é maior do que em regiões planas ou arredondadas.Fig.11
Por isso, nas pontas, o campo elétrico quando atinge certa intensidade produz o "Efeito Corona".
O "Efeito Corona" é um fenômeno observado próximo de pontas de um condutor onde ocorrem descargas elétricas. Isto ocorre devido à grande concentração de cargas elétricas na ponta, tornando o campo elétrico muito intenso. Com isto ocorrerá atração para a ponta de íons de sinal contrário às cargas da ponta e repulsão de íons de mesmo sinal. Os íons atraídos provocam descarga da ponta.
O "poder das pontas" é um  fenômeno  relacionado com a "rigidez dielétrica". corresponde ao maior valor do campo elétrico que torna um isolante um condutor elétrico. No caso do ar, a "rigidez dielétrica" é 30.000 V/cm; no vidro, entre 75 e 600 kV/cm. Isto significa que se na superfície de um condutor eletrizado existir uma ponta onde o campo elétrico é E = 30 kV/cm, por esta ponta ocorrerá uma perda de cargas.Fig.12
As pontas também facilitam a eletrização. Aproximando-se um eletróforo carregado positivamente das pontas de uma tela, as cargas positivas atraem elétrons livres para as pontas; quanto menor a distância entre as cargas positivas e negativas, mais intenso torna-se o campo. No momento em que a rigidez dielétrico for rompida, uma faísca salta entre o eletróforo e as pontas.
6 – Aterramento de um Barco
Numa tempestade com fortes correntes verticais, as nuvens ficam com cargas positivas e negativas nos extremos: topo e base. Na medida em que as cargas vão aumentando, elas vão procurar um equilíbrio. São cargas extremamente elevadas, que vão ficar opostas às cargas de outra massa dentro do mesmo grupo de nuvens, em relação a outras nuvens ou em relação ao solo. Quando este desequilíbrio chega a um grau até hoje indeterminado (pode ser muito variável), a corrente vai de uma massa para a outra na forma de uma centelha.
Esse acúmulo de eletricidade atmosférica chega a níveis estarrecedores; na ordem de 20 milhões de volts! Quando estas cargas atingem o ponto crítico mencionado acima, a massa de ar isolante que separa as cargas opostas entre a nuvens ou entre as nuvens e o solo é rompida pela centelha, com uma corrente média de 10.000 ampéres.
Esta descarga para a terra, ou água, se processa a uma velocidade de 60.000 milhas por segundo. A duração de um raio é pois ridiculamente curta; ele mal seria visível. O que realmente se vê são apenas coriscos e luminescências brilhantes, decorrentes do raio original, com isso o para-raio de uma embarcação tem que estar conectado a quilha que é uma peça estrutural do casco.
5–Conclusão
Após os experimentos com o Gerador deVan de Graaff, foi contatado que os átomos da matéria são formados de uma grande quantidade de partículas. Dentre elas as mais conhecidas são o próton (carga positiva), o elétron (carga negativa) e o nêutron (carga nula). Diz – se que, quando o número de prótons em um átomo é igual ao número de elétrons, este permanece neutro. Pode-se estender este raciocínio à matéria em geral. Esta condição é chamada de Equilíbrio Eletrostático.
No entanto, este equilíbrio pode ser desfeito. Isto é possível a partir de um processo chamado de Eletrização, que pode ocorrer de três maneiras: atrito, contato e indução. Para reproduzir estes processos é utilizado um equipamento chamado Gerador de Van de Graaff.
6 –Bibliografia
https://athoselectronics.com/gerador-de-van-de-graaff/
http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/Poder%20das%20Pontas.htm
https://athoselectronics.com/gerador-de-van-de-graaff/
http://gvdgcefet.blogspot.com/p/experimentos.html
https://www.academia.edu/29107537/Fisica_Experimental_03_Exp_2_Gerador_de_Vander_Graft_Final
https://acervo.popa.com.br/diversos/gk.htm
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