ENGENHARIA CIVIL FÍSICA II

DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS

Fundamentação Teórica Cargas elétricas, podem ser neutras, eletrizadas positivamente ( prótons ) ou negativamente ( elétrons ). Quando as cargas estão em equilíbrio, quer dizer os prótons e os elétrons são da mesma quantidade este é considerado neutro, sendo chamado de equilíbrio eletrostático, onde este equilíbrio pode ser desfeito, a partir de um processo chamado de eletrização. Ocorre em três maneiras: atrito, contado ou indução. Para que seja reproduzido estes processos é utilizado um equipamento nomeado de Gerador de Van der Graaff ou Gerador Eletrostático de Correia. Portanto este dispositivo foi criado pelo físico americano Robert Jemison Van der Graaff, para a criação de eletricidade estática e torná-la disponível para experimentos. A partir do gerador de Van der Graaff é incluído o estudo do conceito de distribuição de cargas através da Lei das Pontas e a Gaiola de Faraday como mencionados a seguir: Lei das Pontas: Uma ponta é uma região muito curva e como a eletricidade se acumula mais, nas regiões mais curvas, quando um corpo eletrizado tem uma ponta, nela há grande acúmulo de carga elétrica, assim na ponta a densidade elétrica é sempre maior do que nas regiões não pontudas. Com as pontas se dão os três fatos seguintes: − 1º - uma ponta sempre se eletriza mais facilmente do que uma região não pontuda; − 2° - se um corpo já está eletrizado, uma ponta perde carga elétrica mais facilmente do que as regiões não pontudas, por este motivo é difícil manter-se eletrizado um corpo que possua pontas; − 3º - se um corpo está eletrizado, uma ponta tem sobre os outros corpos uma ação muito mais forte do que as regiões não pontudas. Esses três fatos são conhecidos como “poder das pontas” ou Lei das Pontas. Gaiola de Faraday: Através de experimentos e para provocar o efeito, onde um condutor quando carregado, tendem a espalhar suas cargas uniformemente por toda sua superfície. Se esse condutor for uma esfera oca, suas cargas serão espalhadas ao longo de sua superfície externa pois a repulsão entre as cargas fazem com que elas se mantenham o mais longe possível umas das outras, assim o campo elétrico se anulando. O mesmo acontece quando o condutor não está carregado, mais possui campo elétrico causado por um agente externo ficando livre de interferências ( ações ) do campo externo, denominado de Blindagem Eletrostática que foi denominado de Gaiola de Faraday pelo britânico Michael Faraday. Objetivos O objetivo principal é estudar o conceito de distribuição de cargas elétricas, utilizando o Gerador de Van der Graaff, através da Lei das Pontas e a Gaiola de Faraday.

Resultados e Discussões 3 – Distribuição de cargas elétricas nos copos: Esta Primeira atividade experimental tem como objetivo mostrar o comportamento das cargas elétricas (estáticas) na superfície externa de um condutor. Após ligarmos o gerador, percebemos que as tiras de alumínio se erguem (afastam da esfera), assim podemos concluir: Com o funcionamento do gerador, ele gera um campo elétrico e este através da condução ira carregar eletricamente as tiras de papel alumínio, localizado na parte externa da esfera. Com as fitas carregadas com a mesma polaridade da esfera, afastamse da superfície esférica, como a distribuição de cargas tem simetria esférica, podemos dizer que a direção de seu campo elétrico é radial, assim não podemos dizer

ou saber a polaridade ou sentido do campo elétrico, pois as tiras assumirão a polaridade do campo elétrico, sendo ele positivo ou negativo, portanto os papeis se repelirão de qualquer maneira. 8 – Tiras dentro de Uma Esfera Metálica: Ao ligar o Gerador, observamos que as tiras de alumínio dentro da esfera condutora, não se moviam, ou seja, elas ficaram paradas em função do campo elétrico ser nulo. O campo elétrico é nulo, pois para obter equilíbrio eletrostático o campo elétrico é zero do material condutor, para ambos os condutores, assim a carga em excesso localiza-se na superfície externa. 11 – Torniquete Elétrico: O objetivo desta atividade experimental é descrever o funcionamento do torniquete elétrico. Quando ligamos o gerador, a carga foi conduzida até o torniquete elétrico. Por possuir quatro pontas ocorrerá o efeito do poder das pontas, assim girará em sentido antihorário. O torniquete ao receber a carga tende a não permanecer por muito tempo carregado devido as suas extremidades pontiagudas, essa carga será liberada pelas extremidades, essa ação de liberação de carga gera uma força de reação ao sentido que está sendo liberada a carga, fazendo com que o corpo se impulsione para trás, considerando a ocorrência desse fato nas demais pontas, assim temos o movimento de giro do torniquete. E nele temos as cargas do mesmo sinal distribuídas nas quatro pontas, de modo que cada ponta gere seu campo elétrico. Como demonstrado na imagem a seguir:

Imagem Ilustrativa do campo elétrico gerado a partir e um gerador de Van der Graaff em um Torniquete Elétrico.

Disponível em . Acesso em 15 de Maio de 2013.

Nas proximidades das pontas eletrizadas do torniquete apresentado, o ar se ioniza e os íons que possuem carga de mesmo sinal que as pontas eram repelidas por elas. Os íons, por sua vez, repeliam as pontas, colocando o torniquete em rotação com certa velocidade. 15 – Vela: As cargas que estão no ar vai de encontro com a ponta da chama, fazendo com que a chama se mova. Observa-se que objetos pontiagudos ficam mais fácil para as cargas se deslocarem. Referências Bibliográficas Tipler, Paul Allen, 1933 – Física para Cientistas e Engenheiros, volume 2: Eletricidade e Magnetismo, Óptica / Paul A. Tipler, Gene Mosca; tradução e revisão técnica Naira Maria Balzaretti. - [Reimpressão]. - Rio de Janeiro: LTC, 2012. Paginas utilizadas 91 à 92, capítulo 23. PAULA, Ricardo Normando Ferreira de. Gerador de Van de Graaff. Disponível em . Acesso em 26 de Maio de 2013. ZAVISA, John. Como Funcionam os Geradores Van de Graaff . Disponível em . Acesso em 15 de Maio de 2013. ALVES, Luciano Calaça. Gaiola de Faraday. Disponível em . Acesso em 15 de Maio de 2013.

USP / Ensino de Física Online. O Poder das Pontas. Disponível em . Acesso em 15 de Maio de 2013.