Relatório 002 - Eletrostática - Laboratório de Física 3

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1 Objetivos 
 
 Observar a eletrização por atrito; 
 Estudar as máquinas eletrostáticas; 
 Analisar campo elétrico através de corpos eletrizados e variadas cargas. 
 
 
2 Introdução teórica 
 
Processo de eletrização por atrito 
A eletrização por atrito está direcionada com dois objetos com substâncias 
diferentes e inicialmente neutros, que ao serem friccionados, no final do seu 
processo cada corpo será carregado eletricamente com cargas opostas, ou seja, um 
corpo cede ao outro elétrons enquanto o outro corpo os recebe. 
 
 
Pêndulo eletrostático 
 Uma pequena esfera que suspensa por um fio de material isolante, que está, 
inicialmente neutra, se aproximado do pêndulo um corpo também neutro, o pêndulo 
não sofrerá movimentos, agora, aproximando um corpo eletrizado, o mesmo 
provocará uma indução na esfera do pendulo e a esfera será atraída. 
 
 
Fonte: <http://www.fisicaevestibular.com.br/eletrostatica1.htm> 
 
 
Fonte: <http://www.fisicaevestibular.com.br/eletrostatica1.htm> 
 
 
Eletroscópio 
 É um dispositivo que indica se um determinado corpo está ou não eletrizado, 
o mesmo não fornece o sinal da carga e também não fornece o módulo. 
 
Fonte: <http://www.fisicaevestibular.com.br/eletrostatica1.htm> 
 
 
Polarização 
 Um corpo eletrizado, aproximado de um corpo isolante, sofre alterações na 
geometria da molécula, ou, as cargas direcionam-se para o mesmo sentido. A 
polarização ocorre em corpos isolantes. 
 
 
Gerador de Van der Graaff 
 Formado por uma correia móvel que tem como função acumular tensão 
eletrostática muita alta na esfera de metal em torno da cavidade. 
 
Figura 1 Figura 2 
Figura 1: Estrutura básica de um gerador de Van der Graaff – Fonte: 
<http://macao.communications.museum/por/exhibition/secondfloor/moreinfo/2_3_7_VanGra
afGenerator.html> 
Figura 2: Gerador de Van der Graaff – Fonte: 
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Gerador_de_Van_de_Graaff> 
 
Ao ligar o motor do gerador, o cilindro localizado na parte inferior começa a 
girar a correia, a correia é feita a base de borracha e o cilindro inferior coberto com 
fita de silicone, fazendo assim, que ele produza uma carga negativa e a correia, ao 
http://macao.communications.museum/por/exhibition/secondfloor/moreinfo/2_3_7_VanGraafGenerator.html
http://macao.communications.museum/por/exhibition/secondfloor/moreinfo/2_3_7_VanGraafGenerator.html
http://pt.wikipedia.org/wiki/Gerador_de_Van_de_Graaff
mesmo tempo, produz uma carga positiva. É notável observar que a carga no 
cilindro é mais concentrada que a correia. Devido a essa concentração de carga, o 
campo elétrico no cilindro é mais forte se comparado ao campo da correia no lugar 
onde tem o encontro da escova inferior com o cilindro. 
 
 
Máquina de Wimshurts 
 Tem como função separar cargas elétricas através dos processos de 
polarização e indução em um metal. As cargas são coletadas por dois coletores e são 
concentradas em dois terminais esféricos, tudo isso após a separação das cargas 
ocorrer, em cada terminal as cargas tem sinais contrários. A máquina possui dois 
discos feitos com materiais isolantes que giram em sentidos opostos. Nesses discos 
são fixados diversos setores metálicos que são mais largos nas bordas que no seu 
interior, o que permite um espaçamento constante entre eles ao redor do disco. 
Em frente a cada disco existe uma barra metálica, que são cruzadas uma em 
relação à outra. Essas barras possuem em suas extremidades escovas feitas com 
fios metálicos que tocam os setores da máquina enquanto os discos giram. Quando 
um setor metálico passa por uma escova ocorre uma influência pelo disco oposto, e 
por indução eletrostática cargas elétricas opostas às do disco oposto são atraídas 
para ele. A estrutura gera cargas crescentes nos setores, e as tensões sobem até que 
ocorra faiscamento. 
As cargas elétricas induzidas são coletadas por barras metálicas em forma 
de "U", que rodeiam as partes laterais dos discos. Estas barras são os coletores de 
carga da máquina, e possuem algumas pontas ou dentes metálicos dispostos à 
frente dos setores da máquina. Pelo efeito do "poder das pontas" grande parte da 
carga nos setores é "puxada" para os coletores. As cargas são levadas aos terminais 
da máquina, que possuem um faiscador. Nas extremidades do faiscador são 
colocadas esferas metálicas, a fim de que a cargas elétricas se concentrem antes de 
atingir a tensão de faiscamento, formando descargas elétricas visíveis. 
 
 
Fonte: <http://www.cienciaprima.com.br/imagens/maquina_eletrostatica.jpg> 
 
 
Campo elétrico 
 Colocando um pequeno corpo eletrizado (q) chamado de carga de prova, na 
região do espaço em que há um campo elétrico, observa-se que ele fica sujeito a 
uma força elétrica ( ), mostrado na figura abaixo. As fontes de campo elétrico são 
corpos eletrizados, que chamadas de cargas fontes (Q). 
 
 
 Quando movimentamos uma carga elétrica de prova através de um campo 
elétrico, ela fica sujeita a forças elétricas de intensidades diferentes . Assim, em 
cada ponto do campo elétrico, definimos um vetor campo elétrico pela expressão: 
 
, 
 
nessa expressão, é o vetor campo elétrico e é o vetor força elétrica sobre a carga 
de prova (q), no ponto considerado. 
 Isolando temos que: 
 
. 
 
Os vetores e tem as características: 
1. Módulo: ; 
2. Direção: a mesma; 
3. Se a carga elétrica é positiva ( ), e têm o mesmo sentido (Figura 01); 
4. Se a carga elétrica é negativa ( ), e têm sentidos contrários. (Figura 
02). 
 
 
Linhas de campo elétrico 
 Dado um vetor campo elétrico permite-se obter o valor do campo elétrico 
de qualquer ponto, mas não oferece uma visão completa do campo para um corpo 
eletrizado. 
 A linha de força é uma linha imaginária, que está tangencial a ao vetor 
campo elétrico de cada um dos seus pontos. A orientação da linha está no mesmo 
sentido do vetor 
 
Fonte: <http://www.cienciasacm.xpg.com.br/Fig_8cap_3_eletricidade_linhas.gif> 
 
Os tipos de campo elétrico são: 
 Cargas puntiformes 
Campo elétrico variável que diminui a medida que se afasta da carga 
criadora do campo. 
 
 
Fonte: <http://dc303.4shared.com/doc/NBF-glWH/preview_html_m1224f428.jpg> 
 
 Duas cargas puntiformes e iguais 
Campo elétrico resultante de campos criados a partir de cada carga. 
 
 
Fonte: <http://www.professorgomes.com.br/arquivos/Campo%20eletrico.pdf> 
 
 
Fonte: <http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/PreVestibular/2005-1/mod1/img971.png> 
 
 Campo elétrico uniforme 
O vetor campo elétrico é constante em todos os pontos do campo, tendo a 
mesma intensidade, mesma direção e o mesmo sentido. 
 
Fonte: <http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5a/Km123.jpg/200px-
Km123.jpg> 
 
 
 
3 Material utilizado 
 
 Pendulo eletrostático; 
 Eletroscópio; 
 Papeis picados; 
 Régua; 
 Papel toalha; 
 Gerador de Van der Graaff; 
 Máquina de Wimshurts; 
 Cabos conectores; 
 Cuba de óleo; 
 Farinha de milho; 
 Eletrodos. 
 
 
4 Procedimento experimental 
 
 Na primeira parte experimental, consiste em observação de um pêndulo 
eletrostático, de um eletroscópio, como ocorre a polarização ao atritar a régua em 
um papel toalha e aproximar a régua de papeis picados, o mesmo ocorre com a 
régua atritada ao ser aproximada do pêndulo eletrostático e do eletroscópio. 
 Em relação ao Gerador de Van der Graaff e a Máquina de Wimshurst 
somente faz-se observação do equipamento em funcionamento e também é utilizado 
o segundo para o estudo e observação das linhas de campo elétrico. 
No estudo das linhas de campo é utilizado a Máquina de Wimshurts em que 
são conectados por fios a uma cuba de óleo. A cuba de óleo é posicionada em cima de 
um retroprojetor para auxiliar na visualização das linhas de campo. Na cuba de 
óleo é adicionado óleo e farinha, e são ligados os fios do gerador na cuba de óleo. 
 
 
5 Resultados e discussão 
 
Ao aproximar do pêndulo arégua, atritada, o pêndulo atrai o corpo, sem 
conhecer a carga que compõe cada um (régua e pêndulo) podemos dizer que um 
deles está negativamente e outro positivamente carregado. Ocorreria uma repulsão 
se caso, a carga do pêndulo estivesse negativa e então aproximarmos a régua, 
supostamente carregada negativamente, ou seja, cargas iguais se repelem. 
Sobre o eletroscópio, ao aproximar um corpo eletrizado da esfera condutora, 
as lâminas do eletroscópio se abrem, pois a esfera condutora é induzida pelo corpo 
eletrizado, com cargas de sinais diferentes ao corpo, e produz a repulsão dos objetos 
(no caso experimental, a régua). 
Após atritar a régua em um papel toalha, ocorreu a transferência de 
elétrons entre os dois corpos, deixando a régua carregada eletricamente, e ao 
aproxima-la dos pedacinhos de papel, neutros, eles serão atraídos pela régua, após 
o atrito os corpos ficam com sinais opostos. 
Como ocorre o contato da correia com a borracha, no Gerador de Van der 
Graaff, o processo que está envolvido é de eletrização por contato e as cargas 
positivas, que são as cargas captadas pela escova metálica que são espalhadas para 
a superfície externa da cúpula metálica. 
Ao girar a manivela da Máquina de Wimshurst, fazendo com que os discos 
passem por coletores de cargas, e após, pelas escovas neutralizadoras. Ao passar 
pela escova um setor metálico há a influência do disco oposto, e as cargas opostas 
ao disco oposto são atraídas para ele. Como tem vários setores influenciando 
somente um tem o efeito dos setores de alto potencial, que estão nas laterais da 
máquina, o setor da escova recebe mais carga do setor de disco oposto, assim, esses 
setores servem como fonte de influência para setores de outro disco, e realimentam 
o efeito anterior. As cargas crescem gradativamente, até que são “perdidas” por 
faíscas, limitando assim, a tensão máxima atingida. 
 Em anexo (Anexo 01) a demonstração das linhas de campo. Como já 
designado, explicações de três dos modelos realizados em aula. 
Em um campo gerado por um eletrodo carregado observasse que as linhas do 
campo estão direcionadas para o eletrodo, uma vez que o mesmo tem carga 
negativa e está sob-repulsão nesse modelo, logo, o eletrodo está carregado 
positivamente. 
 
 
 
Em um campo gerado por partículas de cargas elétricas de sinais contrários, 
observasse que as linhas estão saindo do eletrodo positivo e direcionando-se ao 
eletrodo negativo, uniformemente, gerando assim, um campo uniforme em relação 
aos dois eletrodos. 
 
 
 
Em um campo gerado por duas placas paralelas de cargas de sinais opostos, 
as linhas de campo estão se atraindo, devido as placas estarem carregadas 
positivamente e negativamente, e as linhas do campo são paralelas para duas 
placas em paralelo, com exceção das bordas onde o campo é uniforme e elas são 
arredondadas. 
 
 
 
6 Conclusões 
 
Após realizar vários procedimentos experimentais, e encontrando variados 
resultados, pode-se observar a natureza elétrica da matéria, e também, um pouco 
das propriedades da matéria. Os corpos que possuem cargas se relacionam, onde 
carga elétrica de mesmo tipo se repele e cargas de tipos diferentes se atraem. 
Em relação aos: pêndulo eletrostático, eletroscópio, eletrização por atrito, 
Gerador de Van der Graaf e Máquina de Wimshurst, há a representação do 
funcionamento de cada um bem como o conceito que está diretamente ligado a cada 
um, ou seja, na prática, a forma adequada de lidar com os aparelhos e o 
entendimento da distribuição de cargas para cada procedimento. 
 
7 Referências bibliográficas 
 
 
- BONJORNO, J. R., RAMOS, C. M., Física 3: Eletricidade. 1ª ed. São Paulo, FTD, 
1992, V. 3. 
 
 
- GASPAR, A., Física: série Brasil. 1ª ed. São Paulo, Ática, 2005. 
 
 
- HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J. Fundamentos da Física. 6a ed. Rio 
de Janeiro, LTC, 2002, V. 3. 
 
 
- TIPLER, P.A. Física. 4a ed., Rio de Janeiro, LTC, 1999, V.2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Anexo 01 – Demonstração das linhas de campo.