SIMULANDO UM PARA-RAIOS / ARREPIANDO O CABELO DE UMA PESSOA

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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Goiano - Campus Rio Verde. 
Engenharia Civil
 
 
Débora Silva Melo
João Victor Dantas
Jordana P. S. Velasco
Matheus Vinicius
Rychard
Taís Lima da Silva
 
 
 
 
SIMULANDO UM PARA-RAIOS / ARREPIANDO O CABELO DE UMA PESSOA
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rio Verde
2020
 
Débora Silva Melo
João Victor Dantas
Jordana P. S. Velasco
Matheus Vinicius
Rychard
Taís Lima da Silva
 
 
 
 
 
 
 
 
SIMULANDO UM PARA-RAIOS / ARREPIANDO O CABELO DE UMA PESSOA
 
 
 
 
Relatório apresentado à disciplina de Física como requisito parcial à obtenção de grau em Engenharia Civil, pelo Instituto Federal Goiano - Campus Rio Verde. 
Prof. Gustavo Quereza de Freitas
Rio Verde
2020
RESUMO 
O presente relatório procura detalhar o experimento realizado em laboratório, onde por meio de uso do gerador Van de Graaff os alunos puderam buscar explicações, por meio da experiência científica entender o porquê dos fenômenos acontecerem. A razão é que envolve vários fatores, como transmissão de carga de potência, taxa de subsídio de ar e área de cúpula, formando campo elétrico. Alguns trabalhos de pesquisa no campo da física moderna requerem o uso de tensões muito altas, de até vários milhões de volts. A alta tensão é usada para acelerar partículas atômicas carregadas (prótons, elétrons, íons, etc.) para atingir altas velocidades. O objetivo principal é entender e compreender a função da energia estática, gerar campo elétrico, e explicar seus fatores de existência, tais como: eletrificação por fricção, transferência de carga, potencial elétrico. Com isso, foi possível fazer com que os cabelos de uma pessoa ficassem em pé (arrepiados) e ainda a observação de faíscas formadas ao aproximar a esfera menor do gerador da esfera maior. Além disso, foi feita a relação dos experimentos realizados com a polinização realizada pelas abelhas.
Palavras-chaves: Gerador Van de Graaff; Forças eletrostáticas; Polinização.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sumário 
1. INTRODUÇÃO	5
2. MATERIAIS E METODOS	6
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES	7
4. CONCLUSÃO	9
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	10
1. INTRODUÇÃO 
 
O Gerador de Van de Graaff tem como princípio de funcionamento a eletrização, que pode ocorrer de três maneiras: atrito, contato e indução. Foi projetado pelo engenheiro americano Jemison Van de Graaff em 1929 para atingir alta tensão. Este equipamento é essencial para conduzir a composição atômica e pesquisas nucleares. (MIRANDA, 2019)
O gerador eletrostático consiste em uma fita de material isolante utilizada para transferir a carga elétrica acumulada na esfera metálica. A correia é acionada por um pequeno motor elétrico, na qual sofre eletrização por atrito. Essas cargas elétricas ao atingirem a parte superior passam para a superfície interna do metal, que a partir daí são distribuídas à superfície da esfera metálica. O aparelho armazena cargas elétricas e pode gerar alta tensão. Existem dois pentes de metal, que são responsáveis ​​pela troca de carga entre o fundo e o fundo e entre a correia e a bola de metal e o topo. (MIRANDA, 2019)
Os geradores têm a capacidade de gerar tensões extremamente altas, embora sejam frequentemente usados ​​para introduzir conceitos de eletricidade estática, o dispositivo foi inventado para fornecer a alta energia necessária para o primeiro acelerador de partículas.
Figura 1: Esquematização do gerador de Van de Graaf
 
Composição do gerador de Van de Graaf (mostrado na Figura 1):
1. Casca esférica (com carga positiva).
2. Eletrodo conectado à esfera, uma escova muito próxima (mas não em contato) ao eletrodo e a correia.
3. Rolamento superior (alumínio) 
4. Lado da correia de borracha com carga positiva.
5. Lado oposto da correia de borracha com carga negativa.
6. Rolamento inferior (acrílico).
7. Eletrodo inferior (terra).
8. Dispositivo esférico com carga negativa, utilizado para descarregar a esfera principal.
9. Faísca produzida pela diferença de potencial
2. MATERIAIS E METODOS 
 
Os experimentos seguintes foram realizados no Laboratório de Física do IF Goiano – Campus Rio Verde.
Para realização dos mesmos utilizou-se os seguintes materiais:
Simulando um para-raios 
01 gerador Van de Graaff; 
40 mm de fita adesiva;
01 percevejo (aqueles usados para fixar papéis em murais)
Arrepiando os cabelos de uma pessoa
01 gerador Van de Graaff; 
01 base isolante;
01 pessoa adulta com os cabelos desengordurados.
Para a realização do primeiro experimento (simulando um para-raios), ligou-se o gerador, em seguida foi aproximado dele a esfera menor, na qual havia em volta uma fita adesiva colada e perfurada com um percevejo que ficou com a ponta perpendicularmente para fora. 
Inicialmente a esfera menor foi aproximada pela parte oposta ao percevejo, após isso, girou-se a esfera menor até a parte com percevejo e aproximou-a da esfera grande. Em cada etapa do processo, as observações foram anotadas para posterior discussão.
No segundo experimento (arrepiando os cabelos de uma pessoa), o aparelho Van de Graaff foi mantido desligado e descarregado até recomendação do orientador. Logo, foi solicitado a um adulto que subisse em uma base isolante e colocasse as duas mãos em contato com a esfera do gerador e nesse instante o gerador foi ligado. As observações foram anotadas. Desligou-se o gerador e o indivíduo retirou as mãos do mesmo.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
Quando o adulto colocou as duas mãos em contato com a esfera do gerador e o mesmo foi ligado, pôde-se perceber alguns fios de cabelo se arrepiarem, como pode ser observado na Imagem 1. Este fato ocorre pois o gerador transfere a carga para quem o estiver tocando, logo, com os folículos capilares carregados com o mesmo potencial a tendência é que os fios se repilam uns dos outros.
Imagem 1: Arrepio dos cabelos de uma pessoa após contato com gerador Van de Graaff.
Porém, era esperado que houvesse um maior arrepio dos fios, a possível explicação encontrada para um menor arrepio dos mesmos, foi de que como não havia a base isolante para que a pessoa subisse antes de apoiar as mãos no gerador a carga não pôde se formar o suficiente na pessoa.
Já no segundo experimento, no momento em que a esfera menor foi aproximada ao gerador pela parte oposta ao percevejo, percebeu-se a presença de descargas elétricas, ou seja, faíscas. Essa faísca pode ser observada na Imagem 2. Isso ocorre pois surgem descargas elétricas que ocorrem em razão da diferença de potencial (ddp).
Imagem 2: Presença de faísca no momento em que a esfera menor foi aproximada ao gerador pela parte oposta ao percevejo.
Porém, ao aproximar a esfera menor com o lado do percevejo e aproximá-la da esfera grande a produção de faíscas foi cessada.
Esses experimentos envolvem as forças eletrostáticas, e a polinização é afetada por essas forças, ou seja, nos objetos carregados em repouso, a força entre o objeto.
Durante o voo as abelhas ao esbarrarem em pequenas partículas no ar perdem elétrons por atrito (eletrização por atrito), fazendo com que a abelha adquira carga elétrica positiva. Quanto as flores, mesmo estando isoladas eletricamente por estarem aterradas, ficam carregadas negativamente nas pétalas, devido campo elétrico atmosférico em torno das mesmas. Isso explica a capacidade de uma abelha de transportar pólen de uma flor para outra, pois cargas opostas se atraem (elétrons se acumulam na ponta do estigma, atraindo o grão de pólen. – cargas negativas são atraídos às abelhas – cargas positivas) criando uma diferença de potencial (ddp). 
E em sequência os pólens ficam presos na abelha enquanto ela voa para a flor seguinte. 
4. CONCLUSÃO 
 
Com a realização dos experimentos, foi possível perceber o processo de eletrização a partir do uso do gerador de Van de Graaff. Os objetivos para a comprovação do experimento foram alcançados, conseguimos arrepiar os cabelos de uma pessoa e observar as faíscas formadas ao aproximar a esfera menor do gerador, da esfera maior. Pôde-se concluir que o primeiro experimento poderia ter tido maior resultadose houvesse a base isolante que era um dos materiais a serem utilizados. Isso resultaria em maior diferença de potencial.
No processo, observamos o fenômeno de destruição da rigidez dielétrica do AR. O gerador Van de Graaff gera um alto nível de tensão em ambas as extremidades da bola, de modo que um meio (ar) é formado entre a bola geradora e a bola de descarga condutiva. Nessa prática, observamos a ruptura dielétrica da atmosfera, ou seja, quando o ar pode ser ionizado para se tornar um condutor elétrico devido à imersão em um campo elétrico muito forte. Faíscas e raios são exemplos típicos desse fenômeno, que chamamos de ruptura dielétrica.
Foi realizada também a relação dos experimentos com o processo de polinização. Onde concluímos que as abelhas utilizam campos elétricos para identificar flores.
 
 
 
 
 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J. - Fundamentos de Física 3, 4. ed. São Paulo: Livros Técnicos e Científicos Editora, 1996.
FLÓRIO, Victoria. Abelhas utilizam campos elétricos para identificar flores. Ciência e Cultura. On-line version: ISSN 2317-6660. Cienc. Cult. vol.68 no.3 São Paulo July/Sept. 2016. Disponível em: http://cienciaecultura.bvs.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0009-67252016000300007. 
MIRANDA, T. A. Projeto de um gerador eletrostático de Van de Graaff e aplicações no ensino de eletrostática. 2019. 149f. Dissertação (Mestrado em Ensino de Física) - Instituto de Física, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2019. Disponível em: https://www.if.ufrj.br/~pef/producao_academica/dissertacoes/2019_Thiago_Miranda/dissertacao_Thiago_Miranda.pdf.
CAPELARI, D.; ZUKOVSKI, S. N. S. A importância da física experimental no cotidiano e a educação. Revista F@pciência, Apucarana-PR, ISSN 1984-2333, v.5, n. 2, p. 12 – 16, 2009. Disponível em: http://www.fap.com.br/fap-ciencia/edicao_2009_3/002.pdf.