UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ

CURSO DE ENGENHARIA

FÍSICA EXPERIMENTAL 3

Turma nº

Experiência nº 2

Nome da experiência: Descarga em Gases sob Pressão Atmosférica.

Professor:

Alunos:

1- Objetivo Demonstrar visualmente a existência das linhas de força através do

mapeamento de campo elétrico gerado pela produção de uma tensão com um gerador de Van de Graaf excitando eletrodos de formatos diferentes, interpretando o comportamento do campo elétrico nas proximidades de dois eletrodos de formatos diferentes configuração das linhas de forças entre eletrodos de formatos diferentes e Interpretar o comportamento do campo elétrico nas proximidades de dois eletrodos de formatos diferentes.

2- Lista de materiais Um gerador eletrostático do tipo Van der Graaff; Uma esfera metálica com bastão; Uma conexão com pinos banana.

3- Procedimento da experiência Nesta atividade, duas esferas metálicas imersas no ar atmosférico,

serão submetidas a uma diferença de potencial na ordem de 240.000 volts. Estas esferas, denominadas eletrodos, serão conectadas ao gerador eletrostático e afastadas entre si de uma distância d.

4- Conclusões Na seguinte experiência com bastão, visualizou-se a transferência de

elétrons pelo ar, através da cor azulada, ou seja, o feixe de luz azulada evidencia uma descarga elétrica. Descobriu-se, também, o propósito do gerador de Van de Graaff, que é produzir diferença de potencial com altíssima voltagem, para fins didáticos.

1) O que se entende por campo elétrico? Por que dizemos que o campo elétrico é um campo conservativo?Segundo o experimento realizado, o campo elétrico é um campo de força provocada pelo atrito exercida pela correia esticada do Gerador de Van de Graaff, transportando assim as cargas armazenadas em sua superfície, disponibilizando uma ação da força elétrica da atração e da repulsão. Pelo fato de não ter alterado a energia mecânica do corpo que se desloca e porque existe um potencial associado a cada ponto do campo, ou a existência de superfícies equipotenciais dizemos que o campo elétrico é um campo conservativo, ou seja, não dissipa a energia, a conserva.

2) O que se entende por linhas de força de um campo elétrico?Na lei de Gaus vimos que as linhas de campo de cargas podem ser positivas e negativas.

3) Cite três propriedades das linhas de força de um campo elétrico?

Constatou-se que a linha de força de um campo elétrico, linhas imaginárias, cria uma forma geométrica para se ver um campo elétrico, sendo que em cada um dos seus pontos existe um vetor campo elétrico. o gerador de Van der Graff ,usado no laboratório, mostrou que o atrito da correia junto com um bastão de aço estavam carregados de formas opostas um ao outro, onde a correia era positiva e o bastão negativo, enxergando-se assim as propriedades de um campo força elétrica onde cargas positivas saem e chegam nas cargas negativas, as linhas são tangenciadas pelo campo elétrico, portanto chegamos a conclusão que as linhas de um campo elétrico:- Não podem ser fechadas- São sempre perpendiculares- Não se cruzam

4) Assinale a região onde o campo elétrico representado é mais intenso.Quanto mais próxima de Q mais intensa será a força sobre a "carga de prova q" e, inversamente, será tanto menos intensa quanto mais afastada de Q.

5) Desenhe a orientação do vetor campo elétrico E nos pontos assinalados de P1 a P5.Lei do Inverso do Quadrado da Distância: (1/d²). No exemplo da figura temos P3 como região mais intensa do campo elétrico.

6) Caso abandonássemos uma carga no interior deste campo, trace as possíveis trajetórias que a mesma teria se:

A carga fosse positiva.

A carga fosse negativa.

Montagem:

1) Explique o processo de formação e acúmulo de cargas no gerador eletrostáticoQuando se introduz um condutor carregado dentro de outro oco e é posto em contato, toda a carga do primeiro passa ao segundo, qualquer que seja a carga inicial do condutor oco. Teoricamente, o processo poderia se repetir muitas vezes, aumentando a carga do condutor oco indefinidamente. Mas, existe um limite devido às dificuldades de isolamento da carga. Quando é elevado o potencial, o ar que o rodeia se torna condutor e começa a perder carga.

2) Descreva e explique o fenômeno ocorrido ao se aproximar a esfera metálica da cúpula do gerador eletrostático.Quando o bastão de metal é colocado perto da Esfera de metal se a diferença de tensão entre o bastão de metal e a esfera de metal chegar a atingir 30,000 Volts por centímetro de ar seco. Uma corrente flui da esfera de metal para o bastão de metal, através do ar seco.

3) Justifique o fato da mistura gasosa envolvente (ar atmosférico) passar de isolante para condutor e eletricidade. Faça uma comparação com o fenômeno dos relâmpagos que ocorrem durante uma tempestade.Suponhamos que um campo elétrico seja aplicado a um corpo isolado, colocando-o entre dois polos eletrizados e de sinais opostos (no caso em questão, o chão e as nuvens). Nestas condições, uma força elétrica atuará sobre todos os elétrons do isolante, o ar, tendendo a arrancá-los dos seus átomos. Sendo o campo aplicado suficientemente intenso, os elétrons serão arrancados e tornam-se elétrons livre, criando-se assim um grande número de íons no ar, alguns positivos e outros negativos. Devido aso íons presentes no ar, ele se torna condutor de eletricidade, permitindo assim o surgimento da corrente elétrica (no caso em questão, do raio). Processo semelhante pode ocorrer em qualquer outro isolante, dependendo apenas do valor do campo elétrico aplicado.

4) Justifique o ruído e a cor azulada verificada durante a descarga elétrica ocorrida no ar. Qual é o sentido do raio azulado produzido (da cúpula para o bastão ou do bastão para a cúpula)?A coloração azulada da descarga se dá pelo fato de ser um "jato" de grande intensidade em um curto intervalo de tempo, e de acordo com o espectro das cores, tons azulados demonstram maior intensidade, o que acontece em nossa descarga. O ruído grave que escutamos é devido ao rápido aquecimento e expansão das moléculas de ar ao redor da esfera, isso no momento em que sua rigidez é quebrada.

5) Explique o movimento de cargas durante a produção da descarga elétrica.Essas descargas elétricas se dão pelo fato de que ambas as esferas estão em potenciais diferentes, e elas nada mais são do que um "salto de elétrons" de uma esfera para a outra, numa tentativa de equilibrar as cargas delas; o corpo "neutro" ou menos carregado é induzido por aquele que possui mais elétrons livres (está mais carregado), eletrizando-o pelo processo de indução, havendo então a descarga. No momento da mesma, o ar deixa de ser um isolante e passa a ser um condutor, pois tem sua rigidez dielétrica quebrada, sendo o meio material onde a descarga se propaga.

6) Como denominamos o ruído e a cor azulada que surgem durante a descarga quando este fenômeno ocorre na natureza?Quando a descarga ocorre devido à eletricidade estática em nuvens, o canal ionizado é muito maior e a energia liberada é muitas ordens de grandeza maior do que a energia liberada em um pequeno gerador de van der Graaff. A expansão brusca do canal ionizado é então uma verdadeira explosão, gerando uma onda sonora de grande intensidade, o trovão.

7) No momento em que o gás deixa de ser isolante, o campo elétrico possui certo valor entre os eletrodos. Como determinamos, em Física, o maior valor que o campo elétrico E pode assumir sobre um material isolante, sem que este material conduza eletricidade?Utilizando a fórmula: E= KQ/r², onde:

K= constante eletrostática Q= valor da carga R= raio