Experimento-I-Gerador de Vandergrafft

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Título: Gerador de Van de Graaff.
Autor: Leandro Monteiro Abreu Joanes - Matrícula: 201807214826 
 
 
Professor: Ivan da Cunha Santos
Santa Cruz –RJ 
Data: 17/02/2020
1.1 Resumo. 
Considerando o principio de que os elétrons são transferidos de um átomo para o outro, através do experimento realizado podemos gerar eletricidade através do atrito entre o metal e a correia de borracha (isolante).
Devido ao fato de que a borracha é um material isolante, a carga elétrica é transportada pela correia de borracha até a parte superior transferindo assim os elétrons para esfera de metal.
Após aproximar qualquer corpo com diferença de potencial, a esfera carregada com elétrons (Cargas negativas) liberam as cargas até que seja atingido o equilíbrio eletrostático.
1.2 Introdução teórica. 
Os átomos da matéria são formados de uma grande quantidade de partículas. Dentre elas as mais conhecidas são os prótons (carga positiva), os elétrons (carga negativa) e o nêutrons (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 ou gerador eletrostático de correia.
A lei de Coulomb refere-se às forças de interação (atração e repulsão) entre duas cargas elétricas puntiformes, ou seja, com dimensão e massa desprezível.
Lembrando que, pelo princípio de atração e repulsão, cargas com sinais opostos são atraídas e com sinais iguais são repelidas, mas estas forças de interação têm intensidade igual, independente do sentido para onde o vetor que as descreve aponta.
O que a Lei de Coulomb enuncia é que a intensidade da força elétrica de interação entre cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos módulos de cada carga e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. Ou seja:
Onde a equação pode ser expressa por uma igualdade se considerarmos uma constante k, que depende do meio onde as cargas são encontradas. O valor mais usual de k é considerado quando esta interação acontece no vácuo, e seu valor é igual a:
Então podemos escrever a equação da lei de Coulomb como:
1.3 Objetivo do experimento.
Considerando o principio de que os elétrons são transferidos de um átomo para o outro, através do experimento podemos gerar eletricidade através do atrito gerado entre o metal e a correia de borracha (isolante) e transferir essas cargas para outros corpos com diferença de potencial.
1.4 Esquema de montagem.
1- Esfera de Metal;
2- Bastão com esfera de metal fixada;
3- Painel de comando;
4- Botão liga/desliga;
5- Regulador de Frequência;
6- Correia de Borracha (isolante);
7- Metal de atrito com a correia;
8- Copo com bolinhas de isopor;
9- Fita de alumínio;
10- Torniquet;
11- Esquema de Montagem Geral;
1- Esfera Metálica: 2- Bastão com esfera de Metal
3/4 e 5 -Painel de Comandos elétricos 
 
 (
Botão regulador da frequência.
) (
Botão – Liga/Desliga.
)
 
6- Correia de Borracha (isolante) 7- Metal de atrito
 (
Correia de Borracha (item 
6
).
)
 (
Metal de Atrito com a correia
(item 
7
).
)
8- Copo com Bolinhas de isopor 9- Fitas de Alumínio
 
10- Torniquet
11 -Esquema de Montagem geral;
1.5 Procedimento experimental. 
Experimento I-
1) Fixe na superfície da esfera metálica uma fita alumínio;
2) Ligue o botão do gerador;
3) Observe o comportamento das fitas de alumínio fixadas a esfera do gerador;
4) Desligue o Aparelho;
5) Retire as fitas de alumínio;
Experimento – II
1) Fixar o copo com bolinhas de isopor na esfera metálica com uma fita adesiva;
2) Ligar o botão do gerador;
3) Observar o comportamento das bolinhas de isopor;
4) Desligue o gerador;
5) Retire o copo com as bolinhas;
Experimento – III
1) Acionar o botão liga do gerador;
2) Pegar o bastão de madeira com a esfera menor fixada na ponta e aproximar da esfera maior;
3) Observar o fenômeno reproduzido após a aproximação;
4) Afastar o bastão com a esfera;
5) Desligar o gerador; 
Experimento- IV
1) Fixar o “torniquet” na parte superior da esfera metálica do gerador de Vander Graf;
2) Acionar o botão liga
3) Observar o fenômeno produzido após o gerador em funcionamento;
4) Desligar o gerador;
1.6 Resultados e discussões (medições, gráficos, cálculos e tabelas). 
Experimento – I
Quando as fitas de alumínio fixadas a esfera metálica recebem as cargas elétricas da esfera de metal do gerador, podemos observa que as cargas são transferidas para as fitas 
Que ficam carregadas até se movimentarem para cima.
As tiras de alumínio tenderam a movimentar -s e na direção radial da esfera no sentido de afastamento. Esse processo é conhecido como eletrização por contato, ocorrendo assim uma trans ferência parcial da carga elétrica devido à diferença de potencial elétrico existente entre os polos . O gerador produz um campo elétrico, e este através da condução irá carregar eletricamente as fitas de alumínio que estão fixadas nele. Devi do ao f ato das tiras ficarem carregadas com a mesma polaridade da esfera, elas s e afastam da superfície da esfera. Como A distribuição de cargas tem simetria esférica, a direção do campo elétrico é radial, ou seja, perpendicular à superfície da esfera. Não é possível saber, entretanto, a polaridade do campo elétrico, um a vez que, sendo ele positivo ou negativo, as tiras irão se repelir de qualquer maneira. 
Experimento – II
Quando fixamos o copo descartável com as bolinhas de isopor e ligamos o gerador de Vander Graf, podemos observar que as bolinhas estão com diferença de potencial elétrico e que quando recebem as cargas da esfera metálica do gerador ficam carregadas com a mesma polaridade da esfera, considerando o principio de atração e repulsão, quando as cargas estão com a mesma polaridade às bolinhas se afastam da esfera (Repulsão).
Experimento –III
Observando as descargas elétricas produzidas quando aproximamos o bastão com a esfera menor, podemos notar que a esfera maior está carregada com elétrons e que quando aproximamos a esfera menor com diferença de potencial, os eletros são descarregados produzindo os feixes luminosos que podemos evidenciar nos registros fotográficos (imagem 1.1).quando a esfera menor descarrega os elétrons (Neutron) devido ao aterramento , novas descargas elétricas são produzidas pela esfera maior repetindo assim o ciclo devido a diferença de potencial.
 
Imagem 1.1 – Descarga elétrica 
Experimento – IV
Ao fixar o Torniquet na parte superior da esfera metálica do gerador , quando ligamos o equipamento podemos notar que logo em seguida o componente preso a parte superior começa a girar. Isto pode ser explicado da seguinte maneira: n as pontas eletrizadas do torniquete o “ar” s e ioniza, ocorrendo a repulsão entre os íons e as pontas de carga de mesmo sinal, determinando a rotação do torniquete em sentido contrário ao das pontas e com velocidade elevada. 
1.8 Conclusão. 
Considerando os fenômenos observados ao realizar o experimento, foi Possível confirmar a existência da carga elétrica gerada pelo atrito entre a correia de borracha e o metal do gerador eletrostático.
Confirmamos também a teoria de que os elétrons se movem de um átomo para o outro conforme descrito na lei de Coulomb, isso foi possível ser observado quando a correia de borracha (isolante) retém e transporta as cargas elétricas para parte superior da esfera que possui um condutor.
Os princípios de repulsão foram confirmados quando existem a igualdade das cargas daesfera metálica e o corpo que entra em contato com a mesma.
Ao aproximar corpos com diferença de potencial elétrico da esfera carregada , produz-se as descargas elétricas (feixes luminosos) até que o equilíbrio eletrostático seja alcançado.
1.9 Referências. 
Livro: Física clássica - Volume 3: Eletricidade e física moderna
Autor: Caio Sérgio Calçada 
Autor :  José Luiz Sampaio
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Livro: Física para Cientistas e Engenheiros - Volume 3
Autor : Tipler,Paul|Marca: LTC
Link para obtenção do material didático: https://www.saraiva.com.br/fisica-para-cientistas-e-engenheiros-volume-3-2659816/p