Relatório De Eletrostática

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS INSTITUTO DE FÍSICA FENÔMENOS ELETROSTÁTICOS DISCIPLINA: Laboratório de Física 2 ALUNO: Gerlan Nasário Monteiro da Silva PROFESSOR: Maria Tereza de Araujo CURSO: Engenharia Química Maceió, 25 de março de 2011 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS INSTITUTO DE FÍSICA FENÔMENOS ELETROSTÁTICOS Relatório referente ao experimento acima citado, realizado no laboratório de Física, sob a orientação da professora Maria Tereza de Araujo. Maceió, 25 de março de 2011 1 SUMÁRIO 1 – INTRODUÇÃO ........................................................................................................3 2 – OBJETIVO ................................................................................................................4 3 – MATERIAL UTILIZADO 3.1 - Eletrização por Contato: Tipos de cargas em corpos atritados .......................4 3.2 - Efeito da Força Elétrica - Força entre corpos carregados ...............................4 4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL, RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 - Eletrização por Contato: Tipos de cargas em corpos atritados .......................5 4.2 - Eletrização por Contato: Tipos de cargas em filmes e placas .........................6 4.3 - Efeitos da Força Elétrica: Força entre corpos carregados ...............................7 4.4 - Efeitos da Força Elétrica: Força entre corpos carregado ................................8 4.5 - Efeitos da Força Elétrica: Modelo de um eletroscópio ...................................9 4.6 - Indução Elétrica: Indução eletrostática com condutores e não-condutores ...10 4.7 - Indução Elétrica: Indução eletrostática com condutores e não-condutores ...11 5 – CONCLUSÃO .........................................................................................................12 6 – REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ......................................................................13 2 1. Introdução teórica Aproximando um canudo ou uma caneta de corpos leves, como por exemplo pequenos pedaços de papel alumínio, veremos que nada acontece. No entanto, se atritarmos o canudo, ou a caneta, com um pedaço de papel toalha e aproximarmos novamente esses objetos dos pequenos pedaços de papel alumínio, veremos que o papel alumínio será atraído pelo canudo, ou a caneta, depois de atritado com o papel toalha. Com essa observação, concluí-se que o canudo ou a caneta, quando atritados, adquirem uma propriedade nova, que não possuíam antes de serem atritados. O filosofo grego Tales observou esse fenômeno pela primeira vez aproximadamente há 25 séculos, ele observou que o âmbar após ser atritado atraia pequenos pedaços de palha. O médico inglês William Gilbert verificou o mesmo que Tales 19 séculos depois, para indicar que esses corpos estavam se comportando como o âmbar, Gilbert dizia que estavam eletrizados. Isso porque em grego o âmbar se chama electron, e com a palavra eletrizado ele queria dizer "que o objeto tinha o mesmo comportamento do electron. Até hoje mantemos essas expressões: chamamos corpo eletrizado àquele que está com a propriedade de atrair ou repelir outros corpos, isto é, que manifesta eletricidade e chamamos corpo neutro àquele que não está eletrizado. Hoje sabemos que todos os corpos se eletrizam, sendo que uns com mais facilidade que outros. As substâncias são “divididas” em dois grandes grupos, as que isolam a eletricidade, são chamadas isolantes e as que conduzem a eletricidade, são chamadas condutoras. Os condutores mais comuns são: os metais, o carbono, as soluções aquosas de ácidos, bases e sais, os gases rarefeitos, os corpos dos animais e os isolantes mais comuns são: vidro, louça, porcelana, borracha, madeira seca, algodão, seda, lã, parafina, resinas, etc. Quando uma pessoa segura com as mãos um bastão de metal, a eletricidade desenvolvida no metal passa pelo corpo do observador e se escoa para a terra. E claro que isso só é possível porque o corpo humano é condutor e a terra também é condutora. Todas as vezes que um corpo eletrizado é colocado em contato com a Terra, a eletricidade do corpo passa para a terra. Os corpos eletrizados exercem todos ações idênticas, mas não iguais. Sabemos que há dois tipos de eletricidade diferentes. A partir de experimentos, pode-se concluir que quando o vidro exerce força de atração, o enxofre exerce força de repulsão, após 3 serem atritados com a seda. Todos os corpos podem ser divididos em dois grupos: uns comportam-se do mesmo modo que o vidro atritado com seda e outros como o enxofre atritado com seda. Daí a distinção de duas espécies de eletricidade. Arbitrariamente se chamou eletricidade positiva àquela que aparece o vidro atritado com seda; eletricidade negativa, àquela que aparece no enxofre atritado com seda. 2. Objetivo Verificar os tipos de cargas e as forças que atuam entre hastes de polipropileno, hastes acrílicas, placas de policarbonato e folhas de plástico quando atritadas com papel. 3. Material utilizado 3.1 Eletrização por Contato- Demonstração dos tipos de cargas em corpos atritados 01 Haste de polipropileno (cinza); 01 Haste de acrílica (transparente); 01 Lâmpada; Folha de papel áspero, seco (papel toalha, usada para friccionar as hastes de polipropileno e de acrílica, a folha de acetato e a placa de policarbonato); 01 Placa de policarbonato; 01 Folha de acetato; 3.2 Efeito da Força Elétrica - Força entre corpos carregados 01 Haste de polipropileno (cinza); 01 Haste de acrílica (transparente); 01 Lâmpada; Folha de papel áspero, seco (papel toalha, usada para friccionar as hastes de polipropileno e de acrílica, a folha de acetato e a placa de policarbonato); 4 01 Placa de policarbonato; 01 Folha de acetato; 01 Base do eletroscópio; 01 Grampo para as hastes redondas; 01 Haste de metal; 01 Tira condutora; 01 Suporte da borracha com orifício para as hastes; Fita adesiva; 01 Par de pêndulos; Folha de alumínio fina; 4. Procedimento experimental, Resultados e Discussões 4.1 – Eletrização por Contato: Tipos de cargas em corpos atritados 4.1.1 – Objetivo Verificar, usando uma lâmpada de neon, os tipos de cargas que surgem ao friccionar-mos hastes de plástico. 4.1.2 – Procedimento Experimental Segurou-se fortemente a haste de polipropileno por uma extremidade e atritou-se o outro extremo com o papel áspero e seco durante um certo tempo. Segurando a lâmpada por uma das extremidades metálicas, encostou-se a outra extremidade na haste que foi atritada. Repetimos depois, o mesmo procedimento utilizando uma haste de acrílico. Figura 1: Lâmpada sendo encostada na haste atritada 5 4.1.3 – Resultado e Discussões Após atritarmos uma das extremidades da haste de polipropileno, encostamos a lâmpada de neon nesta área atritada, e notamos que a lâmpada ascendeu da haste para a mão. Já, no caso da haste de acrílico, a lâmpada ascende da mão para a haste. A luminosidade da lâmpada é oriunda da movimentação de elétrons, logo a carga do bastão de polipropileno é negativa, uma vez que os elétrons se movimentam do bastão em direção ao dedo. No bastão de acrílico, acontece exatamente o contrário, a carga é positiva, pois os elétrons se movimentam a partir do dedo em direção a haste. 4.2 – Eletrização por Contato: Tipos de cargas em filmes e placas 4.2.1 – Objetivo Verificar, usando uma lâmpada de neon, como se carregam uma placa de policarbonato e uma folha de acetato ao atritá-las com um papel seco. 4.2.2 – Procedimento Experimental Colocou-se a folha de acetato sobre a placa de policarbonato e esfregou-se com um papel durante um certo tempo. Separou-se a folha da placa e segurando a lâmpada por uma das extremidades metálicas, encostou-se a outra extremidade na folha de acetato. Repetimos o mesmo experimento, desta vez encostando a lâmpada na placa de policarbonato. Descarregou-se a folha de acetato e a placa de policarbonato aterrando-as. Em seguida, atritou-se apenas a folha de acetato e encostou-se nesta a lâmpada. Repetimos este procedimento com a placa de policarbonato. Figura 2: Lâmpada sendo encostada numa placa de policarbonato 6 4.2.3 – Resultado e Discussões Após atritarmos a folha de acetato e a placa de policarbonato juntas, encostamos a lâmpada em cada uma, e notamos que na folha de acetato a lâmpada ascendeu da folha para a mão, enquanto que na placa de policarbonato, ascendeu da mão para a placa, com uma intensidade menor que a anterior, o mesmo ocorreu quando atritamos a folha e a placa separadamente. Logo, constatamos que na folha de acetato a carga é negativa, pois a intensidade da luz estava mais próximo da folha de acetato, e na placa de policarbonato é positiva, porque a luz acendeu mais próximo da mão. 4.3 – Efeitos da Força Elétrica: Força entre corpos carregados 4.3.1 – Objetivo Verificar as forças que atuam entre hastes de polipropileno e hastes acrílicas. 4.3.2 – Procedimento Experimental Fixou-se um grampo na haste de polipropileno pelo ponto médio e colocou-se o grampo na base do eletroscópio. Segurando firmemente uma das extremidades da haste de polipropileno pendurada na base, esfregou-se a outra metade com o papel de modo a eletrizá-la, criando-se, portanto uma balança elétrica. Segurou-se fortemente outra haste de polipropileno por uma extremidade e esfregou-se o outro extremo com o papel durante um certo tempo, a fim de eletrizá-la. Em seguida aproximou-se a haste eletrizada de cada uma das extremidades da haste da balança elétrica. Repetiu-se o experimento com a haste de acrílico. Figura 3:Balança elétrica Figura 4: Haste sendo aproximada da balança 7 4.3.3 – Resultado e Discussões Depois de realizado adequadamente o procedimento experimental, notamos que quando aproximamos o bastão de polipropileno carregado da parte neutra da balança elétrica houve atração, enquanto que, quando aproximamos da parte carregada da balança elétrica houve repulsão. Já no caso do bastão de acrílico, quando aproximamos da parte neutra da balança elétrica, houve uma pequena repulsão, e quando aproximamos da parte carregada da balança elétrica houve atração. Notamos assim, que a carga depende da composição do material. 4.4 – Efeitos da Força Elétrica: Força entre corpos carregados 4.4.1 – Objetivo Verificar as forças que atuam entre hastes de polipropileno, folha de acetato e placa de policarbonato, quando atritadas com papel. 4.4.2 – Procedimento Experimental Fixou-se um grampo na haste de polipropileno pelo ponto médio e colocou-se o grampo na base do eletroscópio. Segurando firmemente uma das extremidades da haste de polipropileno pendurada na base, esfregou-se a outra metade com o papel de modo a eletrizá-la, criando-se, portanto uma balança elétrica. Colocou-se a folha de acetato sobre a placa de policarbonato e atritou-se com um papel durante um certo tempo e em seguida separou-se a folha de acetato da placa de policarbonato. Aproximou-se sem encostar, primeiro a folha de acetato das duas extremidades da balança elétrica e em seguida aproximou-se a placa de policarbonato. Descarregou-se a folha de acetato e a placa de policarbonato aterrando-as com as mãos. Esfregou-se então, desta vez apenas a folha de acetato e em seguida, sem encostar, aproximou-se a folha de acetato das duas extremidades da balança elétrica. Repetimos tal procedimento com a placa de policarbonato. 4.4.3 – Resultado e Discussões Depois de realizado adequadamente o procedimento experimental, notamos que quando aproximamos a folha de acetato carregada da parte neutra da balança elétrica houve atração e ao aproximar da parte carregada houve repulsão. 8 Quando aproximamos a placa de policarbonato carregada da parte neutra da balança elétrica houve repulsão e quando aproximamos da parte carregada houve atração. Quando atritamos a folha de acetato e a placa de policarbonato ao mesmo tempo, quando separamos as mesmas, percebe-se uma certa resistência. Esta resistência deve-se ao fato de que a folha e a placa tem cargas opostas, logo estão atraídas, esta força de atração é que causa a resistência. Não ocorreu diferença quando atritamos a folha de acetato e a placa de policarbonato separadamente. Assim, nota-se que a obtenção da carga depende somente da composição do material atritado e não do ambiente. 4.5 – Efeitos da Força Elétrica: Modelo de um eletroscópio 4.5.1 – Objetivo Montar um modelo de eletroscópio e comprovar seu funcionamento com hastes de plásticos carregadas eletricamente. 4.5.2 – Procedimento Experimental Colocou-se a haste metálica no orifício do suporte, de maneira que se ficou na direção vertical e em seguida fixou-se a tira condutora por uma extremidade com um pedaço de fita adesiva na parte superior. Carregou-se a haste de polipropileno atritandoa com o papel, em seguida passou-se a haste de polipropileno sobre a haste metálica, buscando-se encostar a maior longitude de ambas. Em seguida tocou-se a haste condutora. Carregou-se novamente a haste de polipropileno e encostou-se novamente a haste metálica. Imediatamente depois, fez-se o mesmo com a haste de acrílico também carregado. Figura 5: Eletroscópio 9 4.5.3 – Resultado e Discussões Ao atritarmos o bastão de polipropileno, este fica carregado, como o bastão metálico é um bom condutor, ao encostá-lo da haste de polipropileno o metal adquire a mesma carga, esta carga se espalha por todo o metal, até atingir a tira de alumínio, tornando-se assim o bastão metálico e a tira condutora carregados com a mesma carga, logo eles se repelem. O mesmo foi verificado com o bastão de acrílico, no entanto com uma menor intensidade de repelência. 4.6 – Indução Elétrica: Indução eletrostática com condutores e não-condutores 4.6.1 – Objetivo Verificar o efeito causado por hastes e folhas carregadas sobre pedaços de papel e de folha de alumínio. 4.6.2 – Procedimento Experimental Cortou-se o papel e a folha de alumínio em vários pedaços pequenos. Carregouse eletricamente a haste de polipropileno atritando-o com o papel. Em seguida, aproximou-se dos pedaços de papel que estavam sobre a mesa. Repetiu-se o experimento com os pedaços de papel alumínio. Em seguida, repetiu-se este experimento com a haste de acrílico. Carregou-se a folha de acetato atritando-a com o papel e passou-se horizontalmente por cima dos pedaços de papel. Repetiu-se o experimento com os pedaços de papel alumínio. Figura 6: Haste sendo aproximada dos pedaços de papel 4.6.3 – Resultado e Discussões Quando aproximamos a haste de polipropileno carregada dos pedaços de papel e da folha de alumínio, estes são atraídos, no entanto o alumínio é atraído com uma maior 10 intensidade, isso se deve ao fato de o alumínio ser um bom condutor. O mesmo aconteceu com a haste de acrílico e com a folha de acetato. 4.7 – Indução Elétrica: Indução eletrostática com condutores e não-condutores 4.7.1 – Objetivo Verificar o efeito causado pela haste de polipropileno carregada sobre hastes de alumínio em suspensão. 4.7.2 – Procedimento Experimental Colocou-se o par de pêndulos na ranhura da base do eletroscópio. Carregou-se a haste de polipropileno atritando-a com o papel e em seguida aproximou-se o extremo carregado de um dos tubos de alumínio dos pêndulos colocados no eletroscópio. Em seguida, encostou-se a haste no tubo. Descarregou-se os tubos de alumínio, aterrando-os. Colocou-se o par de pêndulos na ranhura do eletroscópio. Carregou-se a haste de polipropileno atritando-a com o papel e em seguida aproximou-se o extremo carregado da parte inferior dos pêndulos colocados no eletroscópio. Em seguida, encostou-se a haste nos tubos. Descarregou-se os tubos de alumínio, aterrando-os. Figura 7: Haste sendo aproximada de um dos tubos de alumínio Figura 8: – Haste sendo aproximada da parte inferior dos tubos de alumínio 4.7.3 – Resultado e Discussões Quando aproximamos a haste de polipropileno de um dos tubos, há atração por indução, porém quando entra em contato há repulsão repentina. Quando aproximamos a haste carregada da parte inferior dos tubos de alumínio é verificada uma repulsão maior que a anterior entre os tubos. 11 5. Conclusão Realizamos vários experimentos no laboratório de física, sendo obtidos diversos e distintos resultados. Através desses experimentos, pudemos observar a natureza elétrica da matéria, bem como um pouco das suas propriedades. Pudemos abstrair dos experimentos que a matéria possui propriedades elétricas e que corpos que possuem carga se relacionam, de modo que os que possuem cargas de mesmo sinal se repelem e os que possuem cargas de sinais opostos se atraem. Nos experimentos sobre Eletrização por contato notamos que as cargas elétricas de objetos quando atritados, variam de acordo com o material utilizado. Nos experimentos relacionados aos Efeitos da Força Elétrica percebemos que as diferenças são decorrentes do tipo de material utilizado e que alguns têm características semelhantes. Nos experimentos sobre Indução Elétrica observamos que diferentes tipos de bastões, por exemplo, exerciam a mesma influencia (atração ou repulsão) perante outros objetos. 12 6. Referências bibliográficas Sites; http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/mod01/m_s01.html http://www.coladaweb.com/fisica/eletromagnetismo.htm http://www.efeitojoule.com/2008/06/eletrizacao-por-inducao-no-vestibular.html http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/ http://educacao.uol.com.br/fisica/ult1700u39.jhtm Livros; Halliday, Fundamentos da Física 3, Editora LTA, 6ª edição, 2005. Halliday , Resnick, Walker. Fundamentos de Física – 8ª edição. Vol 3 13