Relatorio 1 experimento - eletrização novo

Prévia do material em texto

Curso de Engenharia - Laboratório
Experimento Eletrização
 Ana Luísa Siqueira da Macena Caio Ribeiro Silva 
 Juliana pereira Araújo Karina de Freitas Borges 
 Samantha Dias A. Vieira. 
 
Complemento de física, Wesley Cândido 
19 de março de 2021
O relatório proposto da disciplina de Eletricidade Básica com o intuito de aproveitar os conhecimentos adquiridos nas aulas sobre: eletrização, eletricidade estática, cargas elétricas e a força elétrica. A compreensão do que é e de como ocorrem os processos de eletrizações é um passo importante nos estudos relacionados à eletricidade. Atividades experimentais e a utilização de simuladores podem auxiliar os alunos no momento de entender os conceitos relacionados às eletrizações por atrito, contato e indução. Abaixo veremos a ocorrência da eletrização por atrito, processo que após ser efetuado faz com que os objetos adquiram cargas de sinais opostos.
Introdução 
 Assim como os demais fenômenos da natureza, a eletricidade sempre existiu, muito tempo antes de a humanidade surgir. Os raios, por exemplo, são os fenômenos elétricos que produziram a maior parte de todo o ozônio da atmosfera terrestre. Os raios têm origem em nuvens que se eletrizam pelo atrito entre um grande número de cristais de gelo, ar e vapor de água, eventualmente, descarregando-se e fazendo com que uma grande corrente elétrica seja formada pelo ar, o que produz um grande clarão e estrondo, além de temperaturas da ordem de milhares de graus.
As ligações químicas que formaram as primeiras moléculas de água do planeta Terra, por exemplo, são produto da atração elétrica entre cargas, descrita matematicamente pela Lei de Coulomb. Essa força fez com que diferentes elementos se combinassem, meramente pela compatibilidade de cargas elétricas, dando assim, origem à vida.
 Eletrização é o processo de tornar um corpo eletricamente neutro em um corpo eletricamente carregado. Corpos neutros são aqueles que apresentam a mesma quantidade de prótons e elétrons, uma vez que essas são as partículas subatômicas dotadas de carga elétrica.
Todos os processos de eletrização consistem em retirar ou fornecer elétrons a um corpo. O mesmo não pode ser dito dos prótons, que, por estarem presos no núcleo atômico, não podem ser conduzidos entre um átomo e outro. Desse modo, quando um corpo neutro recebe elétrons, sua carga torna-se negativa, reciprocamente, ao perder elétrons, sua carga torna-se positiva.
Existem três formas distintas de eletrização: por atrito, por contato e por indução. Neste artigo, discutiremos detalhadamente cada uma delas, começando pela primeira.
 Eletrização por atrito
A eletrização por atrito acontece principalmente quando dois ou mais corpos isolantes são esfregados um contra o outro. O processo de atritar os corpos fornece energia aos elétrons desses materiais. Os elétrons dos materiais isolantes geralmente encontram-se fortemente atraídos pelos núcleos de seus próprios átomos, por isso, precisam de uma energia extra para saltar de um corpo para outro.
Durante a eletrização por atrito, um dos corpos perde elétrons e o outro ganha elétrons. Dessa forma, ao final do processo, os dois corpos estarão com cargas de módulo igual, mas de sinais opostos (FIGURA 1).
Nem todos os corpos vão se eletrizar quando atritados, para sabermos quais são os pares de materiais que, quando atritados, tornam-se eletrizados, é preciso conhecer sua afinidade elétrica, uma vez que existem materiais que tendem a ganhar elétrons, mas também existem aqueles que “preferem” perdê-los. 
 Exemplo 2: uma mulher penteando o cabelo com um pente de plástico.
Essa afinidade é descrita de forma empírica por uma tabela conhecida como série Tribo elétrica. 
A série tribo elétrica separa diferentes materiais de acordo com sua tendência de ganhar ou perder elétrons. Na tabela 1 a seguir, por exemplo, os primeiros materiais, na parte mais alta dela, são aqueles que tendem a adquirir cargas positivas quando atritados, ou seja, tendem a perder elétrons. Os últimos materiais, por sua vez, são aqueles que tendem a absorver elétrons e, portanto, a apresentar cargas negativas após terem sido atritados, confira:
	Material
	Pele de mão humana (seca e sem gordura)
	Vidro
	Cabelos humanos secos e sem gordura
	Acrílico
	Lã
	Papel (sulfite, guardanapos, papel usado para enxugar mãos etc.)
	Borracha de balões inflados
	Plástico PVC, PP, vinil (canudinho, sacos plásticos, forros de pvc etc.)
	Teflon
 Tabela 1 : Tabela de materiais que após serem atritados podem apresentar cargas negativas.
 Eletrização por contato
A eletrização por contato consiste em fazer com que dois corpos condutores entrem em contato, na condição de que pelo menos um deles esteja previamente carregado. Esse tipo de eletrização acontece com maior frequência entre materiais condutores, uma vez que neles os elétrons encontram-se livres e, portanto, dotados de grande mobilidade. Dessa maneira, não é necessária qualquer energia adicional para fazê-los saltarem de um corpo para outro.
Quando dois corpos condutores idênticos e eletricamente carregados tocam-se, os elétrons passam de um corpo para o outro até que as cargas elétricas de ambos fiquem iguais (Exemplo 2). Dessa maneira, se quisermos saber qual é a carga final entre eles, basta fazermos a média aritmética das cargas:
Exemplo 2: garota em contato com bola metálica eletricamente carregada
A equação anterior é válida apenas para o caso em que dois corpos condutores e idênticos são colocados em contato, se o caso em questão envolvesse o contato simultâneo entre n corpos, a quantidade de corpos deveria ser levada em conta, confira:
Por fim, se os corpos forem de tamanhos diferentes, devemos perceber que só haverá movimentação de elétrons enquanto houver diferença de potencial entre eles, portanto, a passagem de elétrons cessará quando o potencial elétrico for igual para cada um deles.
Considere duas esferas condutoras A e B, de raios diferentes, denotados como RA e RB. Na figura seguinte, mostramos a fórmula do potencial elétrico de cada uma dessas esferas, em seguida, igualamo-las para que, então, obtivéssemos a fórmula que nos permite calcular a carga elétrica nessas esferas após o contato entre elas, observe:
QA e QB – carga elétrica dos corpos A e B
RA e RB – Raios dos corpos A e B
UA e UB – Potencial elétrico dos corpos A e B
 Eletrização por indução
A eletrização por indução consiste em aproximar um corpo previamente carregado, chamado de indutor, de um corpo condutor eletricamente neutro, chamado de induzido, de modo que a presença das cargas do indutor faça com que os elétrons do corpo induzido movam-se em seu interior, ocorrendo uma polarização de cargas.
A polarização das cargas nada mais é que uma separação entre cargas positivas e negativas. Quando polarizado, o corpo induzido ainda é neutro, pois apresenta o mesmo número de prótons e elétrons. Dessa forma, para que esse corpo se torne eletrizado, é necessária a presença de um outro corpo ou, ainda, de um meio pelo qual os elétrons possam fluir. Via de regra, faz-se o uso de um aterramento, que consiste em conectar o corpo induzido à terra, por meio de um fio condutor (Exemplo 3).
Depois de aterrado, os elétrons presentes no corpo induzido podem fluir em direção à terra ou da terra em direção ao corpo induzido, de acordo com o sinal das cargas presentes no corpo indutor.
 
 (Exemplo 3) Os raios ocorrem graças ao processo de eletrização por indução
Em resumo, o processo de eletrização por indução acontece nas seguintes etapas:
· Etapa 1: Aproximação entre o indutor e o induzido.
· Etapa 2: Polarização das cargas do induzido, devido à aproximação do indutor.
· Etapa 3: Aterramento do induzido, na presença do indutor, de modo que os elétrons possam fluir da terra ou à terra.
· Etapa 4: Retirada do aterramento.
· Etapa5: Afastamento do indutor.
CHARLES-AUGUSTIN DE COULOMB
 Engenheiro militar francês, Coulomb foi um dos pioneiros da física experimental. Descobriu a lei da atração e repulsão eletrostática em 1787, estudou os materiais isolantes e diversos outros assuntos relacionados à eletricidade e ao magnetismo, que constam de seu livro Mémoires sur l’Életricité et surle Magnetisme (Memórias sobre a Eletricidade e sobre o Magnetismo). A unidade de medida de carga elétrica coulomb foi assim “batizada” em sua homenagem; 
Charles Coulomb fez uso de uma balança de torção, similar à balança que fora usada por Henry Cavendish para a determinação da constante da gravitação universal.
O aparato experimental utilizado por Coulomb consistia de uma haste metálica capaz de girar, que, quando carregada, era repelida por uma pequena esfera metálica carregada com cargas elétricas de mesmo sinal (Exemplo 4).
 
 Exemplo 4:A balança de torção foi utilizada por Coulomb para determinar a lei de interação entre cargas elétricas.
Coulomb observou que quando uma esfera era posta em contato com outra esfera carregada, ela adquiria a mesma carga e os dois corpos sofriam repulsão, produzindo uma torção no fio de suspensão. O físico constatou que a força elétrica, cuja intensidade era medida pelo ângulo de torção, apresentava-se da seguinte forma:
· Inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os corpos, 
· Diretamente proporcional ao produto das cargas,  
 Fórmula da Lei de Coulomb
De acordo com a sua lei, a força entre duas partículas eletricamente carregadas é diretamente proporcional ao módulo de suas cargas e é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Abaixo, apresentamos a fórmula matemática descrita pela lei de Coulomb: sabemos que cargas de sinal igual repelem-se enquanto cargas de sinais opostos atraem-se, como mostra a figura
Exemplo 5: Cargas de sinal igual repelem-se, e cargas de sinais opostos atraem-se.
A partir da Lei de Coulomb, para calcular a força elétrica entre duas cargas utiliza-se a seguinte expressão:
Onde:
· F: força, em newton (N)
· q1 e q2: cargas elétricas, em coulomb (C)
· r: distância entre as cargas, em metros (m)
· K: constante eletrostática. No vácuo seu valor é 9.109 N.m2/C2
As cargas elétricas na Lei de Coulomb são puntiformes, ou seja, cargas de massa e dimensão desprezíveis.
No Sistema internacional (SI), a unidade de medida das cargas elétricas, é o Coulomb (C), em sua homenagem pelas contribuições à Física nos estudos da eletricidade.
Procedimentos / Resultados
1. ELETRIZAÇÃO (Balões e Eletricidade Estática)
 
 
 FIGURA 1: Simulador de eletricidade entre balão e suéter de lã
R: Ao esfregar o balão na superfície do Suéter de lã como apresentado na figura 1; O balão suga toda a eletronegatividade da lã que estava estabilizado; logo o balão fica carregado negativamente e a suéter de lã fica com elétrons positivos.
 FIGURA 2: Dois Balões sendo atritados em um suéter de lã
R: Ao realizar o atrito entre dois balões e o suéter como pode-se ver na figura 2 observa-se que os balões tomam para si os elétrons negativos fazendo assim com que fiquem carregados e a suéter de lã fique desestabilizado eletro positivamente.
 FIGURA 3: Balão em contato com uma parede
R: Observamos que mesmo a parede sendo neutra no processo de eletrização os elétrons positivos atraem os balões carregados, logo os eletros negativos que se encontram na parede são rebelidos.
R: Ao colocarmos duas cargas pontuais de cargas opostas a uma distância de fixa suficientemente para que ocorra interação as cargas opostas irão se atrais e as cargas iguais irão se repelir, como o exemplo na figura 3.
R: Concluímos que duas cargas de mesmo valor, em módulo, possuem uma distância de entre elas e submetidas à uma força F definida. Ao aumentarmos a distância entre as duas cargas a força F fica mais fraca e se diminuímos a distância a intensidade da força F é maior. Logo quanto menor a distância maior a força e quanto maior a distância menor a força. 
R: Ao atritar o balão no suéter juntos chegamos à ideia de que ele irá ser Atraido e “grudar” no suéter. 
 FIGURA 4 FIGURA 5 
 FIGURA 6
R: Ao realmente atritar por meio do simulado vemos na figura 4, 5 e 6 confirmamos nossa ideia de que o balão seria atraído pelo suéter mesmo depois de ser separado.
R: Afirmamos que balão se é atraído para o suéter, ele foi eletrizado, carregado eletricamente, sendo capaz de atrair as cargas elétricas opostas de outros corpos.
 R: (FIGURA 3) Vemos que ao atritarmos o balão e ele estiver carregado, balão continuará sendo atraído para o suéter, porém se for aproximado o suficiente da parede ele irá grudar pois a parede possui cargas positivas e negativas (a parede é neutra), onde as negativas serão repelidas e as positivas atraídas para o balão criando uma força estática. 
R: Ao realizarmos o procedimento de “soltar” o balão aproximadamente no meio entre a parede e o suéter percebemos que o balão continuará atraído pelo suéter A presença da parede não mudou nada no experimento realizado pois sendo neutra não atrai o balão.
R: (FIGURA 3) Agora realizamos a aproximação do balão à parede e soltando-o; o balão ficara atraído pela superfície da parede, pois as cargas negativas da superfície do balão polarizam moléculas da superfície da parede formando dipolos elétricos com os polos (+) voltados para as cargas negativas do balão.
R: Vimos se incluímos os dois balões no simulado e retirando a parede e atritarmos os dois balões eles irão receber o mesmo tipo de carga e ao aproximarmos um do outro eles se repelirão.
Resultado:
Inicialmente utilizarmos um balão e um suéter, ambos com carga neutra, para realizar o 1° experimento, observamos que ao eletrizarmos o balão por atrito com o suéter, percebemos que o balão recebera elétrons negativos como apresentado na figura 1. Dessa forma os dois corpos estarão com cargas de módulo igual, mas de sinais opostos e com isso os dois irão se atrair. Isto ocorre devido ao processo de polarização de cargas que ocorre nas moléculas da superfície destes corpos leves que se encontram próximas da região eletrizada do balão. Na polarização, elétrons aqueles mais livres das moléculas dos corpos leves mudam ligeiramente de posição de modo que um lado das moléculas fique mais positiva e o outro, mais negativa. Como o lado mais positivo fica mais próximo das cargas negativas do balão, ocorre a atração. Como ele não pode se movimentar, são os corpos leves que se movimentam (saltam) para a superfície do balão. 
Após esse processo acrescentamos uma parede e outro balão como o da figura 3 ao aproximarmos o balão na parede observamos que neste caso quando se aproxima a bexiga eletrizada da parede que está neutra. Às cargas da superfície da parede neutra se rearranjarão em dipolos fazendo com que ambos se atraiam. Isso ocorre porque as moléculas da superfície da parede são neutras (têm iguais quantidade de elétrons e de prótons) porém, pela ação das cargas negativas em excesso no balão, a distribuição de cargas dentro das moléculas muda temporariamente: as cargas positivas se concentram de um lado e as negativas do lado oposto aos das cargas negativas da superfície do balão. Com isto, uma forte atração elétrica mútua passa a atuar entre o balão eletrizado e a parede.
Procedimento / Resultado: 
2. ELETRIZAÇÃO (John Travoltagem)
 
 FIGURA 7
Para realizar o 2º experimento foi utilizado um simulador, como o da imagem acima, que possibilitou mexer a perna e o braço de John para descobrir quando ele leva um choque.FIGURA 8
O primeiro passo do experimento foi mexer a perna de John. Observamos na imagem 1 que seu corpo fica carregado de elétrons negativos.
 
 FIGURA 9
O segundo passo foi colocar em contato a maçaneta da porta e sua mão, na imagem acima observamos que quando sua mão entra em contato com a maçaneta o seu corpo acaba descarregando esses elétrons na maçaneta e John acaba sofrendo um choque.
RESULTADO:
Após John caminhar sobre o carpete, como mostra na imagem 2, seu corpo absorve elétrons negativos que se desprendem do chão e após acumular essas cagas podemos observar na imagem 3 que o corpo entra em contato com a maçaneta da porta e essa carga que está negativa acaba se transferindo para o metal do trinco, que e um material condutor, É nesse momento que a pessoa sente o famoso “choquinho”, que a sensação não traz danos porque a corrente gerada é muito baixa, esse processo de perda ou ganho de elétrons chama-se eletrização.
A gente não percebe, mas o corpo humano é um bom condutor de eletricidade, ou seja, permite que cargas elétricas se movimentem livremente, possibilitando a passagem de passagem elétrica. O tempo todo estamos gerando energia dentro do nosso corpo e a umidade do ar permite que ela flua livremente.
Apesar de não terem uma época especifica para acontecer, os choques deste tipo acontecem geralmente em dias quentes e secos de verão, ou no inverno que e bem mais frequente porque as pessoas usam roupas de lã sintética que é um material que mantém a carga elétrica. Quando a pessoa está descalça, essa corrente é liberada aos poucos e não chega a ser percebida e quando a pessoa está com um calçado com solado de borracha, que seve como isolante, ela acumula maior carga.
A intensidade do choque pode variar de pessoa para pessoa, pois cada pessoa apresenta uma resistência diferente, porque cada indivíduo tem proporções diferentes entre os tecidos que formam o corpo. Existem maneiras para evitá-los como por exemplo: utilizar luvas de couro, utilizar umidificador de ar ajudam a prevenir os choques.
Analise de Resultado: 
Para explicar os fenômenos elétricos que eram observados, foi proposta a lei de atração e repulsão: cargas elétricas de mesmo sinal se repelem entre si e cargas elétricas de sinais opostos se atraem entre si. Como os exemplos de atração e repulsão das figuras 1 e 3.
Os materiais em seu estado fundamental são neutros, A soma de suas cargas elétricas é zero. Portanto, fenômenos elétricos só podem ser observados sob certas condições, ou seja, para conseguir uma repulsão ou atração entre dois ou mais materiais, a soma de suas cargas não deve ser zero. Isso significa que o material deve ter cargas positivas ou negativas excessivas. É possível carregar eletricamente um material neutro. Para fazer isso, basta adicionar ou remover alguma carga elétrica neste material, o que dará a ele uma carga líquida positiva ou negativa. Este processo é conhecido como eletrificação. Os métodos que usamos foram os balões e eletrização estática e o exemplo de John Travoltagem.
A eletrização só se dá entre materiais isolantes, pois os materiais condutores não tem a capacidade de reter cargas elétricas, já os materiais isolantes não permitem que as cargas se movimentem em seu interior. No primeiro experimento, para demonstrarmos a existência de cargas elétricas, utilizaremos o método de eletrização por atrito. Essa eletrização é feita pois o balão e o suéter de lã têm características diferentes. O balão tem mais facilidade para receber cargas negativas, estes materiais são chamados de eletronegativos e o suéter tem mais facilidade para doar cargas negativas, estes são chamados de eletropositivos. Assim quando estes materiais são atritados as cargas negativas do suéter migram para o balão. Ao afastá-los o balão terá recebido cargas elétricas negativas, se tornando um material eletrizado negativamente, e o suéter se tornará um material eletrizado positivamente, porque os doar cargas negativas, ficou com excesso de cargas positivas em seu interior. Como mostra a figura 1.
Conclusão:
Baseado no objetivo do Procedimento Expererimental, concluimos que eletricidade está presente em todas as coisas e seres; o objetivo em comum é entra e estar estavel ou seja ser neutro (com numeros iguais de cargas positivas e negativas) quando os corpos estão em desequilibrio tendem a atrair ou espelir cargas eletricas, buscando a estabilidade .
Bibliografia:
Helerbrock, Rafael. Eletricidade. Brasil escola. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/eletricidade.htm> . Acesso em: 20 de Mar. De 2021
Helerbrock, Rafael. Processo de eletrização. Brasil escola. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm>
Toda Máteria. Lei De Coulomb. Disponível em: <https://www.todamateria.com.br/lei-de-coulomb/>. Acesso em: 20 de Mar. De 2021
Helerbrock, Rafael. Lei De Coulomb. Brasil escola. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/lei-coulomb.htm>. Acesso em: 21 de Mar. De 2021
Eletricidade Básica
2