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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHOCENTRO DE CINCIAS TECNOLGICASENGENHARIA DE PRODUO

RAFAEL DA COSTA VIANA

ESTUDO DA ELETROSTTICA APLICADA NO GERADOR ELTRICO DE VAN DE GRAAFF

So Lus2014RAFAEL DA COSTA VIANA

ESTUDO DA ELETROSTTICA APLICADA NO GERADOR ELTRICO DE VAN DE GRAAFF

Trabalho da disciplina de Eletromagnetismo Experimental apresentado para obteno da 1 nota.Prof: Joaquim Teixeira Lopes

So Lus2014SUMRIO

1 INTRODUO42 OBJETIVOS52.1 Objetivo Geral52.2 Objetivos Especficos53 MATERIAIS UTILIZADOS54 METODOLOGIA55 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS66 RESULTADOS EXPERIMENTAIS67 ANLISE DOS RESULTADOS78 CONSIDERAES FINAIS11REFERNCIAS12

1 INTRODUO

No mundo contemporneo, assessorado cada vez mais por mquinas e equipamentos eletrnicos, percebe-se a presena intensa da eletricidade como fator principal no funcionamento destes acessrios, passando a se tornar um item de subsistncia e de grande destaque no cenrio mundial, haja vista que tanto as famlias quanto as empresas necessitam do uso da eletricidade durante todos os dias da semana para que realizem suas tarefas do dia-dia. Diante disso surge a importncia do estudo na rea eltrica, ramo da fsica que ser abordado neste trabalho. A eletricidade se subdivide em 3 reas: eletrosttica, eletrodinmica e eletromagnetismo, onde a primeira estuda os fenmenos das cargas eltricas e repouso, o segundo estuda as cargas eltricas em movimento e o terceiro estuda a interao entre eletricidade e magnetismo. Ficaremos limitados eletrosttica, onde os principais conceitos sero analisados experimentalmente por meio do gerador de Van de Graaff, este o qual capaz de produzir um campo eltrico por meio do atrito e dessa forma carregando eletricamente a esfera metlica na sua extremidade.Este aparelho facilita muito o ensino da eletrosttica pois podemos comprovar na prtica a atuao do campo eltrico, bem como verificar a presena da diferena de potencial eltrico provocado pelo campo, tornando assim o entendimento dos conceitos da fsica bem mais simples e fceis de entender.

2 OBJETIVOS2.1 Objetivo GeralPor meio da utilizao do gerador de Van de Graaff, entender o funcionamento de conceitos da eletrosttica.2.2 Objetivos Especficos Analisar a presena do campo eltrico, relacionando com a ruptura da rigidez dieltrica. Analisar a presena da diferena de potencial eltrico, acendendo uma lmpada fluorescente e uma de non. Provocar a eletrizao por contato e por induo.

3 MATERIAIS UTILIZADOSUtilizou-se durante os procedimentos experimentais os seguintes materiais:1. Gerador de Van Graaff2. Bola de isopor3. Eletroscpio de folha4. Lmpada fluorescente5. Cabeote de metal6. Copo plstico7. Bolas de isopor

4 METODOLOGIAO presente trabalho consiste em um estudo experimental realizado no laboratrio de Fsica Eletromagntica da UEMA, onde verificaremos na prtica o funcionamento de conceitos da eletrosttica por meio do gerador de Van Graaff e a relao que este provoca nos outros materiais.

5 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAISForam realizados 05 (cinco) experimentos, onde cada um sucedeu-se da seguinte forma:1. Pegou-se um suporte com uma bola de isopor na extremidade e aproximou-se do gerador gradativamente at que estes se tocassem.2. Aproximou-se o eletroscpio de folhas do gerador eletrosttico.3. Aproximou-se uma lmpada fluorescente do gerador eletrosttico.4. Aproximou-se um cabeote de metal do gerador eletrosttico.5. Colocou-se um copo de plstico cheio de pequenas bolas de isopor encima do gerador e em seguida ligou-se este.

6 RESULTADOS EXPERIMENTAISDiante dos experimentos realizados, obtivemos os seguintes resultados:1. Ao aproximar a bola de isopor do gerador verificou-se a atrao destes. Em seguida ao tocar os dois materiais, verificamos a ao de repulso entre eles.2. Ao aproximar o eletroscpio de folhas do gerador, percebeu-se que as duas folhas presas na extremidade do eletroscpio se repeliram.3. Ao aproximar a lmpada fluorescente do gerador observou-se que esta acendeu levemente.4. Ao aproximar o cabeote de metal do gerador observou-se a presena de pequenos estalos juntamente com o surgimento de pequenas luzes entre o cabeote de metal e o gerador.5. Ao ligar o gerador, todas as bolas de isopor que estavam dentro do copo de plstico voaram para fora deste.

7 ANLISE DOS RESULTADOS

A carga eltrica se define como a propriedade dos corpos que proporcionam a eles a interao eltrica, resultando na atrao ou repulso destes. Os prtons e eltrons possuem a carga eltrica elementar (e=1.6x10^-19), onde a partir destes surge a frmula que nos indica a quantidade de carga presente em um corpo, ou seja, a quantidade de partculas elementares multiplicado pela sua carga elementar:Q = n. e.A rigidez dieltrica basicamente o fenmeno pelo qual possvel que um material naturalmente isolante se transforme em um condutor devido a altssima tenso a que este material foi submetido. Este processo ocorre porque o campo eltrico que atua no material se torna to forte que arranca os eltrons do tomo, tornando estes eltrons livres. No experimento n 4, aproximou-se um cabeote de metal do gerador at que surgissem pequenos estalos entre os dois equipamentos, onde estes estalos so o rompimento da rigidez dieltrica do ar atmosfrico, ou seja, o ar naturalmente um isolante eltrico porm devido a alta tenso provocada pelo gerador de Van de Graaff, este se tornou um condutor, conduzindo eletricidade entre as duas peas de metal por meio do ar.

Em 1785 Charles Augustin de Coulomb conseguiu medir o valor das foras eltricas por meio da lei que o descreve, conhecida como lei de Coulomb: Onde o F representa o mdulo da fora que atua em cada uma das cargas, q1 e q2 o mdulo do valor das cargas eltricas das partculas e d a distncia entre os centros das partculas.Uma carga eletrizada em um espao criar um campo eltrico (campo de fora) que por sua vez ir provocar foras de repulso ou atrao com outras cargas. Este tipo de campo pode ser comparado ao campo gravitacional, j que embora no consigamos v-los nem toca-los, ns conseguimos provar sua existncia usando corpos de prova.J o potencial eltrico a propriedade de um corpo no espao onde existe um campo eltrico, onde em cada regio deste campo existir uma energia potencial armazenada que poder ser transformada em energia cintica. A diviso desta energia potencial eltrica pelo valor da carga de prova nos fornecer o valor do potencial eltrico no ponto analisado. Vale salientar que para efeitos prticos h mais sentido falarmos de diferena de potencial, haja visto que apenas o potencial em um ponto no surte nenhum efeito, enquanto a diferena de potencial (ddp) entre os pontos A e B torna possvel a passagem de corrente eltrica entre estes dois, sendo assim um princpio fundamental no funcionamento de qualquer circuito eltrico.No experimento de n 3 colocamos uma lmpada sob atuao de um campo eltrico provocado pelo gerador de Van de Graaff, onde as duas extremidades da lmpada devido a distncia existente entre elas, apresentou uma diferena de potencial (ddp), permitindo assim que surgisse uma corrente eltrica nesta lmpada.

Os processos de eletrizao por contato e por induo ocorrem no experimento n 1, onde inicialmente percebemos a induo na aproximao da bola de isopor com o gerador, j que a polarizao da bola de isopor faz com que a parte negativa fique mais prxima do gerador e assim cause atrao entre estes dois. Em seguida ao encostarmos a bola de isopor no gerador iremos causar uma eletrizao por contato, onde os dois elementos iro ficar com cargas de mesmo sinal e distribudas proporcionalmente, causando desta forma uma repulso entre a bola de isopor e o gerador.

Tambm percebemos o fenmeno da induo no experimento n 2, onde as folhas do eletroscpio possuem cargas de mesmo sinal e dessa forma causam repulso entre si, enquanto que no experimento n 5, o copo cheio de bolinhas de isopor sofre eletrizao por contato e assim todas as bolinhas ficam com cargas de mesmo sinal, sofrendo assim o fenmeno da repulso entre essas, fazendo com que estas voem para fora do copo.

Todos os corpos so constitudos por tomos e estes so formados por partculas com pequenas dimenses que so os nutrons (no possuem carga), os prtons (partculas de carga positiva) e os eltrons (partculas de carga negativa). Os nutrons juntamente com os prtons ficam no interior do ncleo, e os eltrons ficam na eletrosfera. Para manter esses eltrons sempre em rbita na eletrosfera, existem foras internas que os seguram, no deixando que os mesmos escapem. No entanto, quanto maior a distncia entre a rbita e o ncleo, mais fraca a fora que mantm o eltron preso ao tomo, pois, dessa forma, pode se mover com certa liberdade no interior do material, dando origem aos chamados eltrons livres.O que determina se um material condutor ou isolante justamente a existncia dos eltrons livres. So eles os responsveis pela passagem e transporte da corrente eltrica atravs dos materiais. So chamados de condutores aqueles materiais onde h possibilidade de trnsito da corrente eltrica atravs dele como, por exemplo, o ferro. Este um elemento qumico que possui dois eltrons na ltima camada, os quais esto fracamente ligados ao ncleo. Dessa forma, o ferro se torna um timo condutor de eletricidade. J os materiais isolantes no possuem eltrons livres, pois os eltrons esto fortemente ligados ao ncleo, no permitindo assim a passagem de corrente eltrica, tendo como exemplos a borracha e o vidro.

8 CONSIDERAES FINAIS

Diante do exposto no trabalho acima pudemos passar a compreender de maneira mais aprofundada o funcionamento das foras, campos e propriedades eltricas, bem como da interao entre as cargas e como estas so capazes de gerar energia eltrica. Tambm se observa a importncia de aprender por meio das prticas experimentais tendo em vista que a comprovao da teoria torna o estudo mais interessante e til para o aluno.Na eletrosttica esto as bases para o estudo da eletrodinmica (estudo da eletricidade em movimento) e onde existem os conceitos fundamentais de fora, campo e potencial eltrico. Por meio do gerador de Van Graaff analisamos diversos experimentos de comprovao da existncia de um campo eltrico gerador por este instrumento, bem como a diferena de potencial que passa a existir ento naquele espao em volta do gerador, tornando possvel a passagem de corrente eltrica em elementos condutores e at em elementos isolantes, por meio da quebra da rigidez dieltrica.Assim conseguimos entender melhor o funcionamento dos mais variados componentes eltricos que nos cercam no dia-dia e facilitam bastante as nossas atividades dirias. Com a base de conhecimento em eletrosttica formada seremos capazes de estudar elementos mais complexos por meio da eletrodinmica (instalaes eltricas prediais) e do eletromagnetismo (motores), e desse modo nos aprofundarmos mais no conhecimentos da eletricidade.

REFERNCIAS

HALLIDAY, DAVID; RESNICK, ROBERT; WALKER, JEARL. Fundamentos de fsica, volume 3: eletromagnetismo. 8 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

FERRARO, NICOLAU; SOARES, TOLEDO. Fsica bsica: volume nico. 4 ed. So Paulo: Atual, 1998.

MARQUES, DOMICIANO. Processo de eletrizao. Disponvel em: . Acesso em: 08/06/14.

SANTOS, MARCO. A rigidez dieltrica. Disponvel em: . Acesso em: 05/06/14.