Relatório: Eletrostática_ Eletrização por contato, atrito e indução

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI - URCA
PRÓ-REITORIA DE ENSINO DE GRADUAÇÃO - PROGRAD
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
CURSO: LICENCIATURA EM FÍSICA
DISCIPLINA: PRÁTICA DE ENSINO DE LABORATÓRIO III
PROFESSOR: CARLOS EMÍDIO S. NOGUEIRA
ELETROSTÁTICA: ELETRIZAÇÃO POR CONTATO, ATRITO E
INDUÇÃO
GLENDA VIEIRA CHAVES
JUAZEIRO DO NORTE - CE
AGOSTO/ 2021
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Eletrização por Contato………………………………………………….……..6
Figura 2. Eletrização por Atrito…………………………………………………………….6
Figura 3. Série Triboelétrica……………………………………………………………….7
Figura 4. Eletrização por Indução………………………………………………………...8
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SUMÁRIO
OBJETIVOS 3
MATERIAIS 4
INTRODUÇÃO 5
PROCEDIMENTO 9
QUESTIONÁRIO 10
CONCLUSÃO 11
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 12
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OBJETIVOS
● Verificar a eletrização por atrito;
● Observar a atração e a repulsão entre cargas elétricas;
● Perquirir a indução eletrostática.
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MATERIAIS
● Dispositivo Eletrônico;
● Acesso à Internet;
● Ambiente Virtual Phet.
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INTRODUÇÃO
Os primeiros registros a respeito de estudos sobre fenômenos elétricos foram
realizados no século IV a.C., na Grécia. Conta-se que o filósofo e matemático Tales
de Mileto observou que ao atritar uma resina fóssil (o âmbar) com a pele de um
animal, algo passava de um para o outro e permitia que o âmbar adquirisse a
propriedade de atrair corpos leves como pedaços de palha e/ou sementes de
grama.
Séculos depois, o físico e médico Wiliam Gilbert (1544 - 1603) notou que
outros materiais, ao passarem por um processo semelhante do descrito por Tales de
Mileto, também comportavam-se como o âmbar. A estes, Gilbert nomeou de corpos
eletrizados, usando pela primeira vez na história os termos eletricidade e
eletrização.
Segundo Philipp Becker Correa (2015), a eletrização é definida como o
processo onde um corpo eletricamente neutro passa a possuir carga elétrica seja
ela positiva (quando perde elétrons) ou negativa (quando ganha elétrons). A carga
elétrica é a grandeza física que determina a intensidade das interações
eletromagnéticas, da mesma forma que a massa determina a intensidade das forças
gravitacionais. (CORRADI, Wagner et al, 2010)
Na natureza, existem dois tipos de materiais que comportam-se de formas
distintas com relação à eletricidade: os materiais condutores, onde seus elétrons
deslocam-se facilmente entre os átomos, e os isolantes ou dielétricos, que possuem
seus elétrons fortemente ligados aos átomos.
O processo de eletrização de corpos pode acontecer de três formas distintas,
são elas: eletrização por contato, por atrito e por indução. A eletrização por contato
dá-se pelo toque de um corpo eletricamente neutro ou entre dois corpos
eletricamente carregados. Em uma situação onde um dos corpos for isolante, a
eletrização será local, só acontecendo nos pontos de contato, em contrapartida
tendo duas esferas constituídas de materiais condutores, uma carregada
eletricamente e outra neutra, ocorrendo contato entre elas, notamos que parte dos
elétrons da esfera eletricamente carregada são transferidos uniformemente para a
esfera inicialmente neutra, como mostra a figura:
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Figura 1. Eletrização por Contato. A imagem é dividida em três blocos, o primeiro deles legendado
como "antes" apresenta duas esferas, uma neutra e outra carregada negativamente, característica
simbolizada por sinais negativos. O segundo bloco, apresenta o contato entre essas duas esferas e
setas entre elas simbolizam a transferência de elétrons e está legendado como "durante". O último
bloco, chamado de "depois" apresenta duas esferas que estão simbolizadas com sinais negativos,
indicando que as mesmas estão carregadas negativamente. Disponível em:
file:///C:/Users/lucas/Desktop/06ceb80c99383c1e612e333cc73fdcd2.pdf. Acesso em 01 de agosto de
2021.
A eletrização por atrito acontece quando um ou mais corpos não carregados
eletricamente são friccionados um contra o outro, fazendo com que seja fornecido
energia aos elétrons desses materiais, de tal modo que gere movimentação deles
entre os átomos, permitindo assim que esses corpos sejam carregados
eletricamente. Observe:
Figura 2. Eletrização por Atrito. Dois materiais não carregados eletricamente, vidro e lã, são atritados
(representação feita por uma seta vermelha) e após o procedimento a lã fica carregada
negativamente, enquanto o vidro fica carregado positivamente. Disponível em:
file:///C:/Users/lucas/Desktop/06ceb80c99383c1 e612e333cc73fdcd2.pdf. Acesso em 01 de agosto
de 2021.
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Na experiência apresentada, onde um pedaço de lã é friccionado com um
vidro, sendo inicialmente ambos eletricamente neutros, um corpo cede elétrons para
o outro. Diante disso, podemos afirmar que a lã ganhou elétrons ficando carregada
negativamente e o vidro perdeu elétrons ficando carregada positivamente. Podemos
concluir dessa forma que no processo de eletrização por atrito, os corpos envolvidos
sempre obterão cargas resultantes opostas.
Para identificarmos as cargas de dois materiais quaisquer, após o atrito entre
eles, podemos consultar a tabela chamada de série triboelétrica, que possui a
função de indicar a tendência de diversos materiais a doação ou recebimento de
elétrons. Abaixo, temos uma de suas versões:
Figura 3. Série Triboelétrica. Lista de materiais onde quando atritado dois destes o que estiver à
esquerda ficará carregado positivamente e o que estiver à direita ficará carregado negativamente.
Disponível em: https://eadcampus.spo.ifsp.edu.br/pluginfile.php/344919/mod_resource/content/5/
ApresLFS3EMIEletrostatica_1_2016.pdf. Acesso em: 02 de agosto de 2021.
A eletrização por indução consiste em uma troca de cargas a partir da
aproximação de dois corpos, onde um deles está previamente carregado e é
chamado de indutor, e o outro corpo condutor está eletricamente neutro chamado de
induzido. Desta forma, a presença do indutor incentiva os elétrons do corpo induzido
a moverem-se em seu interior, forçando uma polarização de cargas e implicando em
uma atração entre o indutor e o induzido.
A polarização das cargas consiste em uma separação efêmera entre as
cargas positivas e negativas de um corpo. Para que um material induzido seja
polarizado, ele deve ser neutro e estar na presença de um corpo eletricamente
carregado, que irá persuadir a movimentação de seus elétrons.
Na imagem a seguir, temos uma experiência onde uma esfera metálica
eletricamente neutra é submetida à presença de um bastão carregado
positivamente. Quando aproximados os corpos, o bastão (indutor) faz com que os
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átomos da esfera (induzido) sejam polarizados e induz atração eletrostática entre os
corpos, quando ocorre um afastamento dos corpos, a esfera metálica retorna a sua
condição inicial.
Figura 4. Eletrização por Indução. A imagem é dividida em três blocos, onde o primeiro apresenta
uma esfera ligada a um fio isolante e um bastão carregado positivamente, característica essa
apresentada pela simbologia de sinais positivos ao redor do bastão. O segundo bloco realiza a
aproximação destes dois corpos e apresenta a polarização ocorrida na esfera metálica em
decorrência da presença do bastão carregado positivamente. Em um terceiro momento o bastão é
retirado do cenário e a esfera retorna a sua eletricidade neutra inicial. Disponível em:
file:///C:/Users/lucas/Desktop/06ceb80c99383c1e612e333cc73fdcd2.pdf. Acesso em 01 de agosto de
2021.
Ressalta-se que a carga adquirida pelo induzido tem sinal contrário à do
indutor. Logo, se o indutor estiver carregado positivamente, durante a eletrização
por indução, o induzido ficará eletricamente negativo, o contrário também ocorre.
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PROCEDIMENTO
Inicialmente, observa-se que todos os elementos da experiência (casaco,
balão e parede) não estão carregados eletricamente, esse procedimento deve ser
feito a partir da função “mostrar cargas resultantes” disponibilizada na plataforma.
Posteriormente, com a função “mostrar todas as cargas” ativada, deve ser permitido
que o balão entre em contato com o casaco e a carga resultantenos dois elementos
deve ser observada. Feito isto, ao abandonarmos o balão no centro do sistema, o
que acontecerá com ele? Observe e entenda. Em seguida, promovendo atrito entre
o balão e o casaco através de movimento entre os dois, observa-se o que ocorre de
modo a compreender a eletrização dos elementos.
Para dar continuidade a esta série de experimentos, utiliza-se a opção
“reiniciar balão” e posteriormente, as funções “dois balões” e “sem parede”. O balão
amarelo deve ser friccionado com grande parte do casado e, em seguida, o balão
verde deve passar pelo mesmo processo, observa-se como ficaram as cargas
resultantes nos dois balões e o que acontece com os mesmos quando são
aproximados.
Novamente, utiliza-se a função “reiniciar balão” e adiciona-se a parede
novamente a partir da função “com parede”, além de utilizar a versão apenas com
um balão. O balão em questão, deve entrar em atrito com o casaco novamente e,
no momento seguinte, deve ser aproximado da parede que está neutra. Observa-se
o que acontece com as cargas presentes na parede e com a atração ou repulsão
entre os dois elementos.
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QUESTIONÁRIO
1. Quando consideramos um corpo carregado eletricamente? Quando um corpo
tem carga elétrica negativa? Quando um corpo tem carga elétrica positiva?
R.: Um corpo é considerado carregado eletricamente quando possui
excesso ou ausência no número de elétrons dos seus átomos. Quando há
excesso de elétrons o corpo está carregado negativamente, em
contrapartida, se houver perda de elétrons o corpo está carregado
positivamente.
2. Pesquise como se enuncia a lei de Du Fay.
R.: Em 1733, Charles François de Cisternay Du Fay, publicou alguns
princípios a respeito de seus estudos sobre eletricidade. O princípio de maior
contribuição para a ciência, conhecido como lei de Du Fay, reporta a
existência de duas eletricidades, a vítrea e a resinosa, onde afirma que
corpos carregados com o mesmo tipo de eletricidade se repelem e com tipos
diferentes se atraem.
3. O balão carregado é atraído tanto pelo casaco como pela parede. A maneira
como a parede foi carregada é diferente da maneira que o casaco foi
carregado?
R.: Sim. O balão carregado negativamente é atraído pelo casaco que
possui carga positiva e, portanto, inclina-se a atração de partículas opostas.
A parede, por sua vez, não está carregada eletricamente, quando
aproximamos o balão há então uma polarização de partículas fazendo com
que os elétrons dos átomos da superfície da parede sejam repelidos e haja
atração entre o balão carregado negativamente e as partículas positivas da
superfície da parede.
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CONCLUSÃO
Inicialmente, obtendo um balão e um casaco eletricamente neutros a
eletrização por contato gera a troca de cargas entre os corpos, no qual obtemos
como resultante um casaco carregado positivamente, enquanto o balão é carregado
negativamente. Ao abandonarmos o balão no centro do sistema, ele é atraído pelo
casaco em decorrência de suas cargas serem opostas.
Em um outro momento onde dois balões sofrem eletrização por atrito com o
casaco, ambos ficam carregados negativamente, porém com módulos diferentes e
são repelidos um pelo outro quando aproximados, ao passo que também são
atraídos pelo casaco.
Quando um balão carregado negativamente é aproximado de uma parede
eletricamente neutra, a mesma sofre polarização e as cargas positivas resultantes
em sua superfície atraem o balão, esse fenômeno acontece devido a eletrização por
indução onde o balão é o agente indutor e a parede é induzida.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BASTOS, Carlos Wesley da Mota. Eletricidade Básica. 1 ed. Brasília: NT Editora,
2014. 184 p. v. único.
BOSS, Sérgio Luiz Bragatto. CALUZI, João José. Os conceitos de eletricidade vítrea
e eletricidade resinosa segundo Du Fay. Revista Brasileira de Ensino de Física, São
Paulo, v. 29, n. 4, p. 635-644, agosto de 2007.
CORRADI, Wagner… [et al.]. Fundamentos de Física I. 1 ed. Belo Horizonte:
Editora UFMG, 2010. 166 p. v. único.
CORREA, Philipp Becker. Demonstração do Conceito Básico de Eletrização. In:
EVINCI - Evento de Iniciação Científica, 2015, UniBrasil Centro Universitário.
Curitiba: 19 a 23 de outubro de 2015.
HELERBROCK, Rafael. "Processos de eletrização"; Brasil Escola. Disponível em:
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-eletrizacao.htm. Acesso em 04 de
agosto de 2021.