Eletrostática - Relatório Física Experimental 3

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ELETROSTÁTICA 
 
Samira Nascimento dos Santos - 16210975 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS – UFAL 
CENTRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA – CTEC 
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL 
INSTITUTO DE FÍSICA - IF 
Física Experimental 3 - Turma A 
PROFESSOR: Prof. Carlos Jacinto da Silva 
 
Resumo 
 
Eletrostática é um ramo da física que estuda o comportamento de cargas elétricas em 
repouso assim como seus fenômenos, interações atrativas e repulsivas. O estudo da 
eletrostática explica as interações existentes entre a eletricidade e o magnetismo. O presente 
relatório traz oito procedimentos experimentais onde foram analisados e discutidos os dados 
obtidos. 
 
1. Eletrização por Atrito 
 
1.1 Introdução 
 
Eletrização por atrito é o processo no qual dois materiais de diferente composição ao 
serem atritados, um perderá elétrons para o outro. O processo de eletrização gera um 
desequilíbrio no número de prótons e elétrons de um corpo. 
Um corpo neutro possui o mesmo número de prótons e elétrons, quando esse número 
se torna diferente, o corpo está eletrizado. 
Ao atritarmos dois corpos de composição diferente, na fricção, os elétrons 
abandonarão um dos corpos, e o corpo que perde elétrons fica carregado positivamente 
enquanto o que ganha fica carregado negativamente. 
1.2 Objetivo 
 Entender e observar as características de um corpo eletrizado. 
 
1.3 Material Utilizado 
 Canudos plásticos; 
 Folha de papel. 
 
 
1.4 Procedimento Experimental 
Na primeira parte do experimento, pegou-se um canudo, encostou-o na parede e ele foi 
solto. Na segunda parte, foi pego um canudo e este foi esfregado numa folha de papel, 
encostado na parede e solto da mesma maneira do primeiro. 
1.5 Resultados e Discussões 
Ao soltar o primeiro canudo, ele imediatamente cai no chão. O segundo, que sofreu o 
atrito, ficou preso na parede. Isto ocorre porque, no atrito, o papel perdeu elétrons para o 
canudo, e este ficou carregado negativamente. Quando o canudo é encostado na parede, há a 
atração das cargas negativas do canudo com as cargas positivas da parede. 
1.6 Conclusão 
A partir do experimento descrito e dos conhecimento adquiridos na teoria sobre o 
assunto, foi possível observar que quando um corpo sofre um atrito de outro corpo de material 
diferente, um dos corpos perde elétrons enquanto outro ganha ficando eletricamente 
carregado. Assim, no fim do processo, os dois corpos apresentam cargas de mesmo módulo, 
mas com sinais opostos. 
 
2. Balança Eletrostática 
 
2.1 Objetivos 
 Observar as forças atuantes entre hastes de polipropileno e hastes acrílicas quando 
atritadas com papel. 
 
2.2 Material Utilizado 
 Duas hastes de polipropileno; 
 Uma haste de acrílico; 
 Base de eletroscópio; 
 Grampo para hastes redondas; 
 Folhas de papel. 
 
 
 
2.3 Procedimento Experimental 
Inicialmente, fixou-se uma das hastes de polipropileno na base do eletroscópio com o 
grampo. Aproximou-se tanto a haste de polipropileno como a haste de acrílico à haste 
suspensa. Observou-se o resultado. 
 Posteriormente, a haste de polipropileno foi atritada com o papel e aproximadamente 
novamente à haste suspensa. O mesmo ocorreu com a haste de acrílica. Observou-se o 
resultado. 
Em seguida, metade da haste suspensa sofreu atrito com a folha de papel e aproximou-
se novamente a haste de polipropileno e a haste acrílica. 
2.4 Resultados e Discussões 
Na primeira parte do experimento, ao aproximar tanto a haste de polipropileno como a 
haste de acrílico à haste suspensa, nada acontece. Entretanto, ao atritar a haste de 
polipropileno com o papel, quando esta se aproxima da haste suspensa, a mesma acompanha o 
movimento da haste eletrizada. O mesmo ocorre com a haste de acrílico, pois a haste suspensa 
(de carga positiva) se atrai pelas hastes eletrizadas negativamente. 
Ao eletrizar a metade da haste suspensa e aproximar tanto a haste de polipropileno 
como a haste de acrílico, há a repulsão da haste suspensa. Ao aproximar as hastes da metade 
não eletrizada da haste suspensa há a atração da mesma. Posto isto, observou-se que corpos 
com carga elétrica iguais se repelem enquanto corpos com cargas de sinais diferentes se 
atraem. 
2.5 Conclusão 
Assim como no experimento anterior, foi possível observar que quando um corpo 
sofre um atrito de outro corpo de material diferente, um dos corpos perde elétrons enquanto 
outro ganha ficando eletricamente carregado. Além de observar que há a atração de corpos 
com carga elétrica iguais se repelem enquanto corpos com cargas de sinais diferente se 
atraem. 
 
 
3. Linhas de Campo Elétrico 
 
3.1 Introdução 
Linhas de campo elétrico ou linhas de força são um conjunto de linhas imaginárias 
dispostas de forma que a força que atua sobre uma carga de prova positiva em qualquer ponto 
do espaço é tangente à linha naquele ponto. A proximidade entre elas relaciona-se a 
intensidade do campo elétrico na região. 
3.1.1 Linhas de força em virtude de uma carga pontual 
Linhas de força em virtude de uma carga pontual são linhas retas que partem da 
posição da carga em todas as direções, como apresentado na Figura 1. 
Figura 1 – Linhas de Força em virtude de uma carga pontual 
 
Fonte: Mundo Educação, 2021 
3.1.2 Linhas de força produzidas por um par de cargas 
Quando o corpo é produzido por mais de uma carga, as linhas de força se apresentam 
em curva, como apresentado na Figura 2. As linhas de força sempre partem das cargas 
positivas e chegam às cargas negativas. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 – Linhas de Força produzidas por um par de cargas 
 
Fonte: Mundo Educação, 2021 
 
3.2 Objetivos 
 Observar o campo elétrico em torno de corpos eletrizados. 
 
3.3 Material Utilizado 
 Gerador Eletrostático (fonte de alta-tensão); 
 Esferas condutoras com suporte isolante; 
 Fios para ligações; 
 Fiapos de algodão. 
 
3.4 Procedimento Experimental 
 
 
Ligou-se um polo da fonte (monopolo elétrico) a uma esfera condutora isolada e 
aproximou um fiapo de algodão. Observou-se o comportamento. Em seguida, ligou-se duas 
esferas condutoras isoladas em polos diferentes (dipolo elétrico). Observou-se o 
comportamento. 
3.5 Resultados e Discussões 
Ao aproximar o fiapo de algodão na esfera condutora isolada, houve a atração do 
fiapo, uma vez que a esfera está carregada negativamente, e observa-se que o fiapo ficou em 
linha reta, representando as linhas de força em virtude de uma carga pontual. 
Ao ligar as duas esferas em polos diferentes e colocar o fiapo de algodão entre elas, 
vê-se que os fiapos representam as linhas de força produzidas por um par de cargas, onde o 
fiapo parte da esfera condutora carregada positivamente para a esfera condutora carregada 
negativamente. 
3.6 Conclusões 
A partir do experimento descrito e dos conhecimentos adquiridos na teoria sobre o 
assunto, foi possível observar o campo elétrico criado em torno da esfera condutora tanto o 
monopolo elétrico e suas linhas de força de uma carga pontual como o dipolo elétrico e suas 
linhas de força produzidas por um par de cargas. 
 
4. Rompimento de Rigidez Dielétrica do Ar 
4.1 Introdução 
Diversos materiais apresentam capacidade de conduzir a corrente elétrico e eles podem 
ser classificados em condutores, isolantes e semicondutores. 
Os materiais condutores apresentam grande quantidade de elétrons fracamente ligados 
aos núcleos atômicos, favorecendo a condução da corrente elétrica. Já os materiais 
semicondutores necessitam de estímulo externo para que haja excitação dos elétrons. Os 
materiais isolantes ou dielétricos têm seus elétrons fortemente ligados aos núcleos atômicos o 
que dificulta a formação de correntes elétricas. 
 
 
Entretanto, existe um valor máximo de campo elétrico em que os materiais isolantes se 
comportam como condutores e formam corrente elétrica. Existe um valor específico para cada 
material que depende da espessura e é denominado como rigidez dielétrica.A ruptura da rigidez dielétrica ocorre quando o campo elétrico externo aplicado a um 
dielétrico é grande o suficiente para que esse material deixe de ser um isolante passando a ser 
um condutor de eletricidade. Nesse processo, os elétrons, antes fortemente ligados aos núcleos 
atômicos, passam a ser conduzidos através da sua rede cristalina. Geralmente é um processo 
violento que produz uma grande quantidade de calor. 
A ruptura dielétrica do ar é responsável pela formação de descargas atmosféricas, os 
raios. Sendo, o ar atmosférico, um meio isolante que apresenta uma rigidez dielétrica de 
 , quando o campo elétrico atmosférico entre as nuvens e o solo atinge valores 
próximos, as moléculas do ar são ionizadas, tornando o ar um meio condutor. Através do 
efeito Joule, a corrente elétrica formada no ar causa um grande aquecimento responsável pela 
dilatação no meio gasoso que produz os trovões. 
4.2 Objetivos 
 Observar as diferentes naturezas de interação entre cargas e as causas e 
efeitos das descargas elétricas. 
 
4.3 Materiais Utilizados 
 Gerador Eletrostático (fonte de alta-tensão); 
 Esferas condutoras com suporte isolante; 
 Fios para ligações. 
 
4.4 Procedimento Experimental 
Ligou-se as duas esferas condutoras com suporte isolante a fonte e aproximou-as. 
Observou-se o resultado. Em seguida, com as duas esferas contendo uma ponta metálica, 
aproximou-as e observou-se o resultado. 
4.5 Resultados e Discussões 
 
 
Ao aproximar as duas esferas, houve uma descarga elétrica devido à ruptura da rigidez 
dielétrica do ar. Essa ruptura ocorre quando o campo externo aplicado ao par de esferas 
(dielétrico) é suficiente para que este sistema deixe de ser um meio isolante para ser um meio 
condutor. Em seguida, ao aproximar as duas esferas contendo uma ponta metálica também há 
uma descarga elétrica, pois o sistema formado pelo ar, um meio isolante que apresenta uma 
rigidez dielétrica de , com o campo elétrico atmosférico formado pelas esferas 
atingindo valores próximos, fazem com que as moléculas do ar sejam ionizadas, tornando o ar 
um meio condutor. Assim, os elétrons passam a ser conduzidos pelo ar, formando os raios. 
Nesse processo, ao colidir com os elétrons, as moléculas dos gases atmosféricos são 
excitadas. Ao retornar aos níveis normais de energia, essas moléculas emitem a luz presente 
nos relâmpagos. 
4.6 Conclusões 
A partir do experimento descrito e dos conhecimentos adquiridos na teoria sobre o 
assunto, foi possível observar a ruptura da rigidez dielétrica do ar e os fenômenos que 
ocorrem podendo associá-los com fenômenos conhecidos do cotidiano. 
 
5. Vento Elétrico 
5.1 Introdução 
O poder das pontas é a característica que as cargas elétricas em excesso têm de se 
concentrarem na superfície mais pontiaguda, ou de menor raio, de corpos condutores. Com 
um acúmulo de cargas, essas pontas formam um campo elétrico mais intenso. É um fenômeno 
relacionado com a rigidez dielétrica. 
5.2 Objetivos 
 Observar as diferentes naturezas de interação entre cargas e as causas e 
efeitos das descargas elétricas. 
 
5.3 Materiais Utilizados 
 Gerador Eletrostático (fonte de alta-tensão); 
 Esferas condutoras com suporte isolante; 
 
 
 Fios para ligações; 
 Vela. 
 
5.4 Procedimento Experimental 
Com as duas esferas condutoras com suporte isolante com uma ponta metálica ligada a 
fonte, aproximou-as e colocou uma vela acesa entre elas. Observou-se o resultado. 
5.5 Resultados e Discussões 
Ao colocar a vela entre as duas esferas condutoras há uma descarga elétrica nas pontas 
similar ao que acontece na segunda parte do Experimento 4. Isso acontece porque as cargas 
positivas atraem os elétrons das partículas de ar próximas. Alguns elétrons ficam livres, se 
deslocando e arrastando as partículas de ar. A chama da vela inclina-se para um polo, 
assoprada pelo vento elétrico. 
5.6 Conclusões 
A partir do experimento descrito e dos conhecimentos adquiridos na teoria sobre o 
assunto, foi possível observar o fenômeno do vento elétrico que assopra a chama da vela para 
o sentido oposto da ponta positiva, uma vez que, as cargas positivas atraem elétrons da 
partícula de ar e os elétrons que ficam livres se movem contra a chama da vela. 
 
6. Rompimento de Rigidez em Placas Paralelas 
6.1 Objetivos 
 Observar as diferentes naturezas de interação entre cargas e as causas e 
efeitos das descargas elétricas. 
 
6.2 Materiais Utilizados 
 Gerador Eletrostático (fonte de alta-tensão); 
 Placas condutoras com suporte isolante; 
 Fios para ligações. 
 
 
 
6.3 Procedimento Experimental 
Com as placas condutoras ligadas ao gerador eletrostático, foi cada vez mais se 
aproximando uma placa da outra. Observou-se o resultado. 
6.4 Resultados e Discussões 
Semelhante ao que acontece no Experimento 4, quando as placas condutoras paralelas 
se aproximam, há uma ruptura dielétrica ocasionando uma descarga elétrica. O campo externo 
aplicado as placas paralelas (dielétrico) resulta na modificação do sistema que passa de 
isolante para condutor elétrico. 
6.5 Conclusões 
A partir do experimento, foi possível observar a ruptura da rigidez em placas paralelas 
constatando a mudança do sistema der isolante para condutor gerando uma descarga elétrica 
entre as placas. 
7. Copo de Faraday 
7.1 Introdução 
O copo de Faraday é um copo metálico projetado para capturar partículas carregas do 
vácuo. 
A corrente elétrica resultante pode ser medida e usada para determinar o número de 
íons atingindo o copo. Os íons positivos que saem do espectrômetro de massa entram no copo 
metálico que está aterrado. Quando os íons se chocam com as paredes do copo, os mesmos 
são neutralizados, absorvendo um elétron do copo metálico. A perda de um elétron do copo 
metálico é medida por um amperímetro interposto entre o copo e a terra. Portanto, quanto 
maior o número de íons que entram no copo maior a corrente detectada. Uma das melhores 
características do Copo de Faraday é que todos os íons são detectados com a mesma 
eficiência, de acordo com suas massas. 
7.2 Objetivos 
 Verificar a distribuição de cargas em um copo de Faraday. 
 
 
 
 
7.3 Materiais Utilizados 
 Copo de Faraday; 
 Suporte; 
 Fita adesiva; 
 Fios de algodão. 
 
7.4 Procedimento Experimental 
Com o sistema montado, pegou-se o fio de algodão e movimentou-o em torno do copo 
de Faraday. Observou-se o resultado. 
7.5 Resultados e Discussões 
Estando o copo de Faraday carregado negativamente, ao movimentar o fio de algodão 
em torno do copo, observa-se que este é atraído pelo sistema. 
Contudo, há uma blindagem eletrostática dentro do copo que faz com que o fiapo não 
seja afetado pela carga geradora. Isso ocorre devido ao elevado número de elétrons livres que 
tende a se repulsar e se afastar do centro do copo em direção à superfície, o que torna o campo 
elétrico dentro do copo nulo. 
7.6 Conclusões 
A partir do experimento, vê-se que a atração do fio de algodão de dá devido ao vetor 
campo elétrico sempre apontar para a carga geradora. 
8. Gerador de Van der Graaf 
8.1 Introdução 
O gerador de Van der Graaf foi criado em 1929 com o objetivo de atingir altas tensões. 
Ele é constituído por um motor capaz de movimentar uma correia feita de material isolante. A 
correia sofre um atrito na parte inferior de uma escova metálica ligada ao eletrodo negativo ou 
positivo de uma fonte. Esse movimento eletriza a correia através do atrito, que fica eletrizada. 
Ao chegar na parte superior, a correia toca outra escova que está em contato com a camada 
esférica do gerador. As cargas elétricas de sinal oposto ao da correia penetram por ela 
 
 
deixando a esfera do gerador eletricamente carregada e capaz de gerar altas tensões elétricas 
ao seu redor. 
As cargas negativas, que passam da esfera para a correia, deixam atrás de si, na esfera, 
um excesso de cargas positivas e, assim,o terminal (esfera metálica) começa a acumular 
cargas positivas que dão origem a diferenças de potencial de milhares de volts. O gerador de 
Van de Graaff produz diferença de potencial da ordem de muitos milhões de volts. Um feixe 
de partículas energéticas pode ser produzido, permitindo-se que partículas com carga, tais 
como elétrons ou prótons, caiam através dessa diferença de potencial. Na medicina tais feixes 
são largamente usados no tratamento de certos tipos de câncer. Na física, feixes de partículas 
aceleradas podem ser usadas numa variedade de experiências de fragmentação de átomos. 
8.2 Objetivos 
 Observar a eletricidade estática produzida pelo gerador de Van de Graaff. 
 
8.3 Materiais Utilizados 
 Motor; 
 Dois cilindros; 
 Conjunto de correias; 
 Conjunto de escovas; 
 Terminal de saída; 
 Coluna de sustentação isolante. 
 
8.4 Procedimento Experimental 
Ao ligar o gerador, as correias se movimentam Uma pessoa toca o sistema. Observa-se 
o resultado. 
8.5 Resultados e Discussões 
No movimento das correias, estas se atritam com uma escova metálica. Esse 
movimento eletriza a correia através do atrito. Ao chegar na parte superior, a correia toca 
outra escova que está em contato com a camada esférica do gerador. As cargas elétricas de 
 
 
sinal oposto ao da correia penetram por ela deixando a esfera do gerador eletricamente 
carregada e capaz de gerar altas tensões elétricas ao seu redor. Quando uma pessoa toca, a 
carga negativa do sistema é transferida para ela. Como os folículos capilares da mesma, estão 
sendo carregadas pelo mesmo potencial, eles tentam repelir uns aos outros ficando arrepiados. 
8.6 Conclusões 
Através do experimento realizado, observa-se que o gerador de Van de Graaff 
funciona por meio da geração de cargas eletrostáticas acumuladas numa esfera condutora, e 
essa carga pode ser transferida para uma pessoa que toque no sistema. 
9. Referências Bibliográficas e Bibliografia 
 
Dielétricos. Disponível em: < https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/dieletricos.htm > 
Acesso em: 07 jul 2021. 
 
Eletrização por Atrito. Disponível em: < https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/eletrizacao-
por-atrito.htm > Acesso em: 07 jul 2021. 
 
Gerador de Van Graaff. Disponível em: < https://brasilescola.uol.com.br/fisica/gerador-van-
graaff.htm > Acesso em: 08 jul 2021. 
 
Gerador de Van Graaff. Disponível em: < 
https://www.fis.unb.br/gefis/index.php?option=com_content&view=article&id=211&Itemid=
330 > Acesso em: 08 jul 2021. 
 
Linhas de Força. Disponível em: < https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/linhas-forca.htm 
> Acesso em: 07 jul 2021. 
 
O detector de íons na espectrometria de massas. Disponível em: < 
https://revistaanalytica.com.br/o-detector-de-ions-na-espectrometria-de-massas/ > Acesso em: 
08 jul 2021. 
 
O poder das pontas e o funcionamento do para-raios? Disponível em: < 
https://infoenem.com.br/o-poder-das-pontas-e-o-funcionamento-do-para-raios/ > Acesso em: 
07 jul 2021. 
 
O que é rigidez dielétrica? Disponível em: < https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-
que-e-rigidez-dieletrica.htm > Acesso em: 07 jul 2021. 
 
Processos de Eletrização. Disponível em: < https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-
eletrizacao.htm > Acesso em: 07 jul 2021. 
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/dieletricos.htm
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/eletrizacao-por-atrito.htm
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/eletrizacao-por-atrito.htm
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/gerador-van-graaff.htm
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/gerador-van-graaff.htm
https://www.fis.unb.br/gefis/index.php?option=com_content&view=article&id=211&Itemid=330
https://www.fis.unb.br/gefis/index.php?option=com_content&view=article&id=211&Itemid=330
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/linhas-forca.htm
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https://infoenem.com.br/o-poder-das-pontas-e-o-funcionamento-do-para-raios/
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https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm