Relatorio de Eletrostática

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS 
ENGENHARIA QUÍMICA 
LABORATÓRIO DE FÍSICA 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
WALBER JOSÉ MESSIAS COÊLHO 
 
 
 
RELATÓRIO 1 
 
 
 
 
 
MACEIÓ/AL 
2021 
 
 
1. Eletrização por Atrito 
 
Ao executar essa experiência do canudo eletrizado, temos por princípio físico a eletrização 
por atrito. 
Primeiramente o quadro negro e o canudo estão neutros, ou seja, possuem a mesma 
quantidade de cargas positivas e negativas. Ao atritar o canudo com o papel toalha por 
exemplo, ocorre uma mudança de cargas, e todo material eletrizado atrai materiais neutros, no 
caso, as cargas negativas eletrizadas do canudo foram atraídas pelas cargas positivas que 
haviam no quadro, fazendo com que assim o canudo grudasse. 
É importante ressaltar que não é qualquer material que irá fazer com que o canudo fique 
eletrizado, temos que observar a Série Triboelétrica para saber qual material será atritado para 
proporcionar esse experimento entre o quadro negro e o canudo. 
 
 
2 . Balança Eletrostática 
Primeiramente temos dispostos nesse experimento dois bastões de polipropileno, sendo 
um bastão suspenso e um bastão, assim como temos 1 bastão de prova de acrílico. Na 
primeira etapa do experimento observa-se que não acontece nada ao aproximar os bastões de 
prova do bastão suspenso, pois os materiais estão neutros, o que por sua vez não provoca 
nenhuma interação entre eles. 
Já na segunda parte houve um fenômeno bem interessante observado, os bastões de 
polipropileno e acrílico foram atritados com papel toalha, e o que se observou ao aproximar 
(sem tocar) esses materiais do bastão do suspenso (estava neutro) foi uma força de atração, 
pois ao se atritar os bastões de prova estavam eletrizados, consequentemente provocou uma 
interação de atração. 
É importante explicar se esses materiais atritados ficaram com excesso de carga negativa 
ou positiva. Para sabermos disso é preciso observar na Série Triboelétrica de como esses 
elementos se comportam quando atritados com o papel toalha. 
Dessa forma, percebe-se que o bastão de acrílico cedeu elétrons quando atritado com 
papel toalha, pois se localiza, na Série Triboelétrica, acima dele. Portanto, ficou eletrizado 
positivamente, o que possibilitou a atração pelas cargas negativas do bastão suspenso quando 
aproximou os dois materiais. 
 
Enquanto que o bastão de polipropileno recebeu elétrons quando atritado com papel 
toalha, pois se localiza, na Série Triboelétrica abaixo dele. Portanto, ficou com eletrizado 
negativamente, o que possibilitou a atração pelas cargas positivas do bastão suspenso quando 
aproximou os dois materiais. 
Já na terceira e ultima parte deste experimento atritou-se metade do bastão suspenso de 
polipropileno com o papel toalha, fazendo com que essa metade do material ficasse eletrizado 
negativamente. 
Em seguida aproximou o outro bastão de polipropileno (que já estava eletrizado 
negativamente) do bastão suspenso, e o que se observou foi uma força de repulsão na metade 
que foi atritada, em razão de ambos estarem eletrizados negativamente (cargas iguais provoca 
uma força de repulsão), enquanto que a parte que ainda estava neutra se observou uma força 
de atração ao se aproximar (fenômeno já explicado nos parágrafos anteriores). 
Logo após, aproximou o bastão de acrílico (que já estava eletrizado positivamente) do 
bastão suspenso, e o que se observou foi uma força de atração na metade que foi atritada, em 
razão de um está eletrizado negativamente (bastão suspenso) e o outro eletrizado 
positivamente (bastão de acrílico), pois cargas opostas gera uma força de atração. Assim como 
a outra metade do bastão suspenso que estava neutra gerou uma força de atração também, 
por razões explicadas nos parágrafos anteriores. 
 
 
3. Linhas de Campo Elétrico 
Esse experimento nos mostra claramente a formação do campo elétrico, que é invisível aos 
nossos olhos, porém com a presença de certos materiais conseguimos visualizar sua atuação. 
É possível observar também que o experimento em questão se trata da representação das 
linhas de campo de um dipolo elétrico. 
Um dipolo elétrico é formado por duas partículas de cargas de mesmo valor absoluto “q” e 
sinais opostos, separadas por uma pequena distância “d”. 
É possível observar que ao aproximar a linha dos condutores metálicos esféricos, sendo 
uma eletrizada positivamente e a outra eletrizada negativamente, percebe-se que há uma 
orientação padrão que é formada pelo campo elétrico, pois as linhas do campo elétrico ajudam 
a visualizar esse comportamento. 
A identificação de que estamos lidando com cargas opostas no experimento é de que 
quando a linha é solta entre os dois condutores metálicos esféricos, ela fica “colada” nos dois 
materiais, mostrando então que ali no centro, naquela pequena distância “d” entre as duas 
esferas metálicas, há uma força de atração atuante. 
 
4. Rompimento da Rigidez Dielétrica do Ar 
A rigidez dielétrica corresponde ao maior valor do campo elétrico aplicado a um isolante sem 
que ele se torne um condutor. Essa rigidez varia de um material para outro. No caso do ar, sua 
rigidez dielétrica vale cerca de 3 x 10^6 N/C, assim, quando um campo elétrico no ar ultrapassar 
esse valor, ele deixa de ser isolante e torna-se condutor. 
O passo para o isolante se tornar o condutor se explica através das forças atuantes no 
processo, pois ao passo que a força externa atuante no campo elétrico se torna maior que a força 
atuante entre a ligação dos elétrons com o núcleo do nosso material dielétrico, há a 
transformação do isolante em condutor. Essa transformação nos confirma que de fato houve o 
rompimento da rigidez dielétrica. 
Logo podemos concluir que no caso em que estamos estudando houve com certeza a 
ruptura dielétrica, pelo fato de que o nosso campo ultrapassou os 3 milhões de N/C suportados 
pela rigidez dielétrica. 
Essa ruptura dielétrica ocorreu nas regiões de maior concentração das cargas, ou seja, nas 
superfícies e pontas dos condutores metálicos esféricos. 
 
 
5. Vento Elétrico 
Inicialmente temos condutores metálicos esféricos, em contato com o ar, portadores de carga 
elétrica. Essa carga não passa para o ar porque ele é um dielétrico, ou seja, não é condutor 
elétrico. No entanto, se carga no condutor for muito alta (positiva ou negativa), o campo elétrico 
nas proximidades poderá atingir um valor suficientemente alto (em módulo) para provocar a 
formação de íons, ou seja, a ionização do ar. 
Nesse momento o ar se torna condutor. Com a presença da vela junto a esse sistema o 
processo de ionização se intensifica. Se a carga da esfera for positiva, ela atrai elétrons das 
moléculas de ar, arrancando alguns deles e criando íons positivos (cátions). Tanto os elétrons 
desprendidos, atraídos em direção à esfera, quanto os íons positivos, repelidos por ela, podem 
colidir com outras moléculas de ar, ionizando-as também. 
Esse é um processo em cadeia que amplifica o número de íons e subitamente torna o meio 
condutor de corrente elétrica (pela movimentação dos íons). Se, por outro lado, a carga na esfera 
for negativa, ela repele elétrons das moléculas de ar, podendo arrancar alguns deles e gerar íons 
positivos. Os elétrons ejetados, repelidos pela esfera, e os íons positivos, atraídos por ela, 
colidem com outras moléculas de ar, também desencadeando um processo que produz muitos 
íons e torna o meio condutor. 
A presença de uma vela junto aos condutores metálicos acelera ainda mais o processo de 
ionização do ar, pois ao adicionarmos calor ao sistema, fazemos com que o processo de colisão 
de moléculas no ar se intensifique ainda mais, além do que, a presença de calor provoca a 
excitação de forma mais rápida dos elétrons. 
Sabe-se que ao excitar um elétron, esse elemento se manifesta em uma determinada cor. O 
que a gente pode observar no experimento, a presença de uma cor azulada ao romper essarigidez dielétrica do ar. Essa cor característica se deve ao fato da presença da molécula de N2 no 
ar. 
Uma curiosidade importante e conclusiva é de que o ar ionizado conduz eletricidade muito 
melhor do que o ar não ionizado, pois a distância para romper a rigidez dielétrica do ar pode ser 
ainda maior quando o ar está ionizado. 
 
 
6. Rompimento da Rigidez em Placas Paralelas 
O mesmo processo já explicado para o rompimento da rigidez do ar com condutores 
metálicos esféricos, pode explicar o fenômeno com as placas paralelas. Pois ao aproximar as 
duas placas eletrizadas até uma pequena distância entre si, é possível observar o rompimento da 
rigidez do ar com bastante intensidade. 
Pela análise através do vídeo pode até perceber que esse rompimento se deu de maneira 
muito mais expressiva que os experimentos passados, pois foi notório ver a descarga com uma 
expressiva emissão de luz que surgiu entre as placas. 
 
7. Copo de Faraday 
O copo de Faraday é um copo metálico projetado para capturar partículas carregadas no 
vácuo. 
Primeiramente, pegou-se um fio e movimentou em torno do copo de Faraday. Estando o 
copo de Faraday carregado negativamente, ao movimentar esse fio, observa-se que este é 
atraído pelo sistema. 
Contudo, há uma blindagem eletrostática dentro do copo que faz com que o fio 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. 
 
8. Gerador de Van der Graff 
Primeiramente é necessário explicar como ocorre o funcionamento do gerador. Logo 
quando o motor é acionado, o rolete inferior começa a se movimentar. Essa rotação faz com 
que a correia transportadora também entre em movimento, e o atrito entre correia e rolete faz 
com que eles se eletrizem. 
Como as cargas na correia estão distribuídas por uma superfície maior do que a do 
rolete, temos, no rolete inferior, uma concentração maior de cargas em um espaço menor, 
criando uma região de campo elétrico intensa ao seu redor, deixando o ar nessa região 
ionizado. 
As cargas do rolete inferior repelem cargas de mesmo sinal da escova inferior deixando 
as pontas com cargas de sinais opostos. Pelo “efeito das pontas” o campo elétrico gerado 
arranca cargas das moléculas de ar que são atraídas para o rolete, ao mesmo tempo em que 
cargas das pontas da escova também saltam para o rolete. 
Essas cargas que vão em direção ao rolete encontram a correia como obstáculo, e 
acabam se aderindo a ela. Agora essas cargas são transportadas para cima. 
Quando chegam em cima, essas cargas encontram um novo campo elétrico criado pelo 
rolete superior, contrário ao campo do rolete inferior. E este campo expulsa essas cargas que 
vão em direção à escova coletora 
Ao chegarem à escova coletora, essas cargas são levadas para o interior da cúpula. A 
cúpula é uma esfera oca, de metal; e os materiais ocos de metal possuem uma característica a 
qual faz com que todas as cargas colocadas em seu interior sejam distribuídas em sua 
superfície externa. Criando assim um acúmulo cargas, deixando o gerador carregado. 
Portanto quando a pessoa no experimento entra em contato com a esfera desse 
gerador, a parte mais visual de se observar o fenômeno são os cabelos. Os cabelos conduzem 
energia, devido a energia estática. Esse fenômeno acontece quando ocorre um desequilíbrio 
eletrônico dos íons do cabelo, deixando-os arrepiados. O cabelo fica arrepiado, porque adquire 
cargas elétricas iguais. Como cargas elétricas iguais os fios se repelem, se afastam uns dos 
outros e se arrepiam.