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Armando José Susin Junior
Bruno Batista Ferreira
Egon Laertes Schurt
Isabela Ribeiro
Laboratório 1 – Eletrostática
Relatório da aula prática nº 01 da
disciplina de Eletricidade e Magnetismo,
ministrada pelo Prof. Celso Melo, da
turma S02 do curso de Engenharia
Elétrica da Universidade Tecnológica
Federal do Paraná.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 3
2. MATERIAIS E PROCEDIMENTOS 4
3. ELETRIZAÇÃO POR ATRITO 5
4. GERADOR DE VAN DER GRAAF 6
5. CONCLUSÃO 9
6. REFERÊNCIAS 10
1. INTRODUÇÃO
O presente relatório tem como intuito estudar o movimento de cargas
através da realização de dois experimentos feitos em aula prática.
Com a ajuda de alguns materiais, os quais adicionando ou retirando
elétrons, podemos visualizar o fenômeno de eletrização por atrito, o
comportamento de corpos carregados, descargas eletrostáticas e o
funcionamento do Gerador de Van der Graaf.
São mostrados no decorrer das páginas os métodos de realização dos
experimentos, os materiais utilizados, os resultados e as conclusões
obtidas.
2. MATERIAIS E PROCEDIMENTOS
Balão metalizado
Folhas de acetato
Pedaço de lã
Pedaço de seda
Tubo plástico
Gerador de Van der Graaf
Lâmpada fluorescente
Experimento 1: Eletrização por atrito
I) Atrite a folha plástica com o pedaço de lã e a seguir
aproxime-a de pedaços de papel.
II) Explique o comportamento observado nos pedaços de papel.
III) Atrite o tubo plástico contra a lã e aproxime do balão.
Observe e explique.
IV) Repita com o vidro e seda.
V) Repita com franjas de plástico metalizado.
Experimento 2: Gerador de Van der Graaf
I) O que limita o acúmulo de carga no alto do gerador?
II) Porque ocorrem descargas do gerador para objetos próximos?
III) Aproxime as franjas de material metalizado e observe?
Explique.
IV) Aproxime uma lâmpada fluorescente do gerador e observe seu
comportamento. Explique o que acontece (meia página).
V) Conecte um condutor dotado de uma extremidade afilada à
esfera do gerador e observe o que acontece. Explique.
VI) Meça o raio aproximado da cúpula do gerador. Considere a
rigidez dielétrica do ar de 2 MV/m e calcule o potencial
máximo do gerador.
3. ELETRIZAÇÃO POR ATRITO
I) Ao atritar a folha plástica com o pedaço da lã, a folha foi
carregada e ao aproxima-la dos pedaços de papel, atraiu-os de
forma que a grande maioria ficou grudada a folha. Apesar de
neutros, os pedaços de papeis foram atraídos pois a folha
carregada provocou um alongamento dos átomos do papel, tornando-
os polares.
II) Ao atritar o tubo plástico com o pedaço de lã o tubo foi
carregado e ao aproximar do balão metalizado, houve uma atração.
Quando o tubo carregado foi aproximado, o balão sofreu uma
atração devido a camada metalizada que envolve o balão, pois os
elétrons livres facilitaram a transferência de elétrons na
superfície do balão, tornando a região mais próxima do tubo com
carga contrária, o que provoca uma atração.
III) Ao atritar o pedaço de vidro com a lã, o vidro foi muito pouco
carregado, devido às condições do tempo e as características do
vidro. Quando o vidro foi aproximado do balão, não houve
deslocamento significativo do balão.
IV) Experimento não realizado.
V) Experimento não realizado.
4. GERADOR DE VAN DER GRAAF
I) Pesquisa:
O Gerador de Van der Graaf é um equipamento que foi desenvolvido
por um Engenheiro americano chamado Robert Jemison Van de Graaff
(1901 – 1967).
Ele foi inspirado por uma conferência que assistira de Marie
Curie, passou a se dedicar a pesquisas no campo da Física
Atômica, teve a genialidade de construir uma espécie de balde de
Faraday acoplado a um gerador que se mantém isolado de seu
suporte, permitindo que a as cargas corram apenas para a
superfície de sua cúpula.
Como consequência de seus estudos, surgiu então a
construção do gerador que leva seu nome, o qual teve aplicação
direta em várias áreas do conhecimento, como na medicina e na
indústria.
Princípio de funcionamento:
O princípio de funcionamento do gerador consiste em um
terminal de alta tensão formado por uma esfera metálica oca
montada na parte superior de uma coluna isolante. Pode-se criar
uma diferença de potencial de até 5 milhões de Volts e é
utilizado para acelerar um feixe de elétrons, prótons ou íons,
com o intuito de bombardear núcleos atômicos.
No gerador de Van de Graaff, um motor movimenta uma correia
isolante que passa por duas polias, uma delas acionada por um
motor elétrico que faz a correia se movimentar. A segunda polia
encontra-se dentro da esfera metálica oca. Através de pontas
metálicas a correia recebe carga elétrica de um gerador de alta
tensão.
A correia eletrizada transporta as cargas até o interior da
esfera metálica, onde elas são coletadas por pontas metálicas e
conduzidas para a superfície externa da esfera. Como as cargas
são transportadas continuamente pela correia, elas vão se
acumulando na esfera.
II) Ao carregar o gerado de Van der Graaf, o acúmulo de cargas no
alto do gerador foi limitado devido a rigidez dielétrica e
resistividade do ar e da coluna do equipamento, pois a partir de
determinado momento começou a ocorrer efeito corona e a perda de
cargas elétricas pela base do gerador.
III) Ao aproximar um objeto, seja ele um condutor ou não, da esfera
de um Gerador de Van der Graaf em funcionamento, ocorre o
aparecimento de uma ddp, pois na superfície da cúpula do gerador
ocorre um sobrecarregamento de cargas. Quando a distância entre
o gerador e o objeto for pequena o suficiente para que o campo
elétrico exceda a rigidez dielétrica do ar, ocorrem as faíscas.
IV) As franjas metalizadas foram carregadas através do gerador e
começaram a se repelir devido todas as fitas estarem carregadas
com a mesma carga.
V) No laboratório, seguramos uma lâmpada fluorescente perto do
Gerador de Van der Graaf em funcionamento, foi observado o
acendimento da lâmpada, notou-se que as cargas elétricas
"procuravam" as extremidades metálicas da lâmpada, resultando no
seu acendimento, surgindo uma luz inconstante na lâmpada.
Isso ocorre pelo fato de o potencial elétrico gerado pela
esfera carregada ter simetria radial, desta forma decai com o
inverso da distância, no caso as duas extremidades da lâmpada
estavam sujeitas a potenciais diferentes, criando-se então uma
diferença de potencial e provocando seu acendimento.
Este acendimento ocorre por conta de as cargas ao passarem
por dentro da lâmpada, ionizam o gás lá existente, no caso a
composição interna da lâmpada era à base de vapor de mercúrio.
VI) Ao conectar um condutor dotado de extremidade, a esfera parou de
transferir cargas aos objetos próximos, apenas a extremidade
ainda transferia cargas, mas de forma reduzida devido à
extremidade de um diâmetro muito reduzido em relação à cúpula
esférica.
VII) O raio da cúpula do gerador foi medido em aproximadamente 0,1
metros. Utilizando a rigidez dielétrica do ar em 1MV/m. De
acordo com a fórmula E = Q/4((r² temos que o potencial máximo do
gerador é de 1,0(C.
Figura 1 – Gerador de Van der Graaf construído em 1931 em
Round Hill.
5. CONCLUSÃO
Com o auxílio do cano de PVC e uma peça de lã conseguimos verificar a
atração do balão metalizado, o mesmo não conseguiu ser observado com a
barra de vidro, sendo que o dia estava muito úmido, sendo muito mais
difícil deslocar cargas do bastão de vidro do que do PVC.
Da mesma forma com o auxílio do Gerador de Van der Graff, conseguimos
visualizar o efeito corona, pela descarga de cargas elétrica, também
podemos verificar a experiência de Faraday do balde de gelo com a qual a o
acumulo de cargas elétricas assim como sua locomoção diretamente as
extremidades da cúpula do gerador.
Também verificamos que não existe isolante perfeito, sendo que o ar é
um ótimo isolante elétrico, foi ionizado pelo gerador, desta forma só
existe isolamento até certo ponto.
6. REFERÊNCIAS
TIPLER, P. – Física. 3ª edição, Vol. 3. Rio de Janeiro, Livros Técnicos e
Científicos Editora S.A. 1995.
H. D. Young & R. A. Freedman, "Física III: Eletromagnetismo, 12a. ed.
Pearson, São Paulo, Brasil, 2009.
Figura 1
Disponível em: <
http://museum.mit.edu/nom150/entries/1335
>. Acesso em 08jul2013.
