INSTITUTO FEDERAL DA BAHIA IFBACURSO TCNICO EM QUMICA INTEGRADO AO ENSINO MDIO

RELATRIO DE FSICAELETROSTTICA

Data de Entrega: 29/07/2013Alunos: Fabrcio Gomes; Hortnsia Moraes; Jonathan Silva; Josenlton Alves.Professor: Ebenzer Silva CavalcantiTurma: 8831

Salvador/BA2013SUMRIO

1. Introduo.............................................................................................................22. Objetivos...............................................................................................................33. Materiais...............................................................................................................44. Procedimento........................................................................................................45. Resultados e Discusso........................................................................................56. Concluso............................................................................................................117. Referncias..........................................................................................................12

1. INTRODUO

Os tomos da matria so formados de uma grande quantidade de partculas. Dentre elas as mais conhecidas so o prton (carga positiva), o eltron (carga negativa) e o nutron (carga nula). Diz-se que, quando o nmero de prtons em um tomo igual ao nmero de eltrons, este permanece neutro. Pode-se estender este raciocnio matria em geral. Esta condio chamada de Equilbrio Eletrosttico.No entanto, este equilbrio pode ser desfeito. Isto possvel a partir de um processo chamado de Eletrizao, que pode ocorrer de trs maneiras: atrito, contato e induo. Para reproduzir estes processos utilizado um equipamento chamado Gerador de Van de Graaff. O princpio bsico do gerador de Van der Graaff a transferncia entre as cargas eltricas de um dado corpo para qualquer outro, nele um motor entra em movimento e assim faz com que uma correia isolante que passa por dois rolamentos entre em movimento consecutivo ao dela, atravs das pontas de metal a correia recebe carga eltrica de um gerador de alta tenso. A correia mvel acumula cargas eltricas em uma esfera oca de metal, s quais se espalham para mais longe possvel umas das outras e passam a ocupar a superfcie externa da casca esfrica. Essa distribuio de cargas gera um campo eltrico, afetando o espao ao seu redor.As caractersticas do campo eltrico so determinadas pela distribuio de energias ao longo de todo o espao afetado. Se a carga de origem do campo for positiva, uma carga negativa introduzida nele se mover, espontaneamente, por meio da atrao eletrosttica. A diferena de potenciais eltricos entre pontos situados a diferentes distncias da fonte do campo origina foras de atrao ou repulso orientadas em direes radiais dessa mesma fonte.

2. OBJETIVOS

(1) Distribuio das cargas eltricas nos corpos:Observar o comportamento das cargas eltricas (estticas) na superfcie externa do condutor.(2) Princpio do funcionamento do eletroscpio de folha:Descrever o funcionamento do Eletroscpio de Folha.(3) Torniquete eltrico:Descrever o funcionamento de um torniquete eltrico.(4) Eletrizao do cabelo:Observar o eriamento do cabelo aps contato no gerador de Van der Graaff.(5) Descarga eltrica na atmosfera:Descrever as condies necessrias para uma descarga eltrica; Observar a capacidade de conduo eltrica do gs.

3. MATERIAIS

(1) Distribuio das cargas eltricas nos corpos(2) Princpio do funcionamento do eletroscpio de folha (3) Torniquete eltrico(4) Eletrizao do cabelo(5) Descarga eltrica na atmosfera

1 Gerador de Van der Graaff1 Gerador de Van der Graaff1 Gerador de Van der Graaff1 Gerador de Van der Graaff1 Gerador de Van der Graaff

1 Fita adesiva1 Haste do eletroscpio de folha1 Torniquete eletrosttico1 Pessoa com cabelo limpo e seco1 Conexo de fio

Tiras de papel laminadoTiras de papel laminado1 Haste de apoio para o torniquete1 Basto de teste

2 Conexes de fios1 Basto de teste

1 Basto de teste1 Pedao de algodo

4. PROCEDIMENTO

(1) Distribuio das cargas eltricas nos corpos:Cortou-se tiras de papel laminado (5mm x 60mm) e fixou-as na superfcie externa da esfera com fita adesiva, somente a ponta das tiras. Ligou-se o gerador e observou-se o comportamento das tiras de papel laminado. Anotou-se o observado.(2) Princpio do funcionamento do eletroscpio de folha:Com o gerador desligado, fixou-se a haste do eletroscpio de folha na cabea do gerador. Ligou-se o gerador, observou-se o movimento das tiras laminadas e anotou-se.(3) Torniquete eltrico:Introduziu-se na cabea do gerador o torniquete, como indicado na imagem abaixo. Ligou-se o gerador e observou-se o ocorrido.(4) Eletrizao do cabelo:Com o gerador ligado, segurou-se a cabea do gerador de Van der Graff com as duas mos. Observou-se o eriamento dos fios de cabelo da pessoa.(4) Descarga eltrica na atmosfera:Fez-se uma conexo de fio entre o basto de teste e a conexo de fio terra, como mostra a imagem abaixo. Ligou-se o gerador e aproximou-se o basto de teste para prximo esfera do gerador. Anotou-se o observado.

5. RESULTADOS E DISCUSSO

(1) Distribuio das cargas eltricas nos corpos:

As tiras de papel laminado fixadas na superfcie externa com fita adesiva no gerador de Van der Graaff, aps ter sido ligado, movimentam-se na direo radial da esfera ou no sentido de afastamento. Esse processo conhecido como eletrizao por contato, ou seja, atravs da movimentao de uma correia que eletrizada por atrito na parte inferior do aparelho e quando as cargas eltricas atingem a parte superior, que surgiram com o processo de eletrizao, so transferidas para a superfcie interna do metal, sendo ento distribudas para toda a superfcie da esfera metlica, ficando carregada de cargas eltricas (Figura 1), em contato com as fitas de papel laminado h uma transferncia parcial da carga eltrica devido diferena de potencial eltrico existente entre os plos.

Figura 1: Esquema do gerador de Van de Graaff. As cargas transportadas pela correia para o interior da esfera metlica so totalmente transferidas para ela, acumulando-se em sua superfcie externa

O funcionamento do gerador gera um campo eltrico, e este atravs de conduo ir carregar eletricamente as fitas de alumnio que esto fixadas nele. Devido ao fato das tiras ficarem carregadas com a mesma polaridade do globo, elas se afastam da superfcie da esfera (Figura 2). Como a distribuio de cargas tem simetria esfrica, a direo do campo eltrico radial, ou seja, perpendicular superfcie da esfera.

O fato de a carga eltrica se transferir integralmente de um corpo para o outro, quando h contato interno, constitui o princpio bsico de funcionamento do gerador de Van de Graaff. O efeito Faraday da eletrizao, onde as cargas eltricas em excesso se distribuem pela superfcie externa do condutor (que a cpula).

Figura 2: As fitas de alumnio se afastam da cpula ou esfera metlica.

No entanto, percebemos que devido ao campo gravitacional, as tiras que tinham maior massa tiveram maior resistncia em relao ao campo eltrico, mas se fosse desprezado a fora peso, as tiras seguiriam na direo radial em sentido perfeito.

(2) Princpio do funcionamento do eletroscpio de folha:

Com o eletroscpio de folha no topo da esfera, as cargas se concentraram neste, transferindo eltrons para o papel alumnio causando repulso entre as tiras (Figura 3). O movimento de repulso das tiras se deu porque nelas foram aplicadas cargas de mesmo sinal, pela forma de eletrizao por contato.

Figura 3: Repulso entre as folhas de alumnio do eletroscpio devido a cargas de mesmo sinal.

J na experincia com algodo ocorre a eletrizao por induo. No processo de induo no h contato direto entre os corpos. Basta aproximar um corpo carregado (o indutor), no caso a esfera metlica, a um corpo neutro a ser carregado ou polarizado (o induzido), no caso o algodo. Dessa forma, a esfera que est carregada induz cargas nos fiapos de algodo, o polarizando, ou seja, haver uma separao de cargas nos plos. Portanto nos plos do algodo as cargas que so opostas as da esfera estaro mais prxima desse ltimo citado, e as cargas de mesmo sinal ficaram mais distante possvel da esfera, causando como resultado uma atrao entre os fiapos e a esfera (Figura 4).

Figura 4: Atrao entre os fios do algodo e a esfera metlica por eletrizao por induo.

(3) Torniquete eltrico:

Verificou-se que no houve acmulo considervel de cargas na superfcie da esfera oca na presena do torniquete. Isso ocorre devido ao fenmeno conhecido como poder das pontas: grande concentrao de cargas eltricas em regies pontiagudas, que fazem com que o campo eltrico nas vizinhanas dessas pontas atinja determinado valor, ionizando o ar em sua volta, tornando-o condutor. Dessa forma, ocorre uma descarga eltrica para o ar. O princpio de funcionamento dos para-raios se baseia nesse fato. Quando uma nuvem eletrizada se aproxima do para-raios, um campo eltrico estabelecido entre a nuvem e Terra torna-se intenso nas proximidades do para-raios. O ar em torno das pontas ioniza-se, tornando-se condutor e fazendo com que a descarga eltrica se processe atravs das pontas (pelo rompimento da rigidez dieltrica do ar). Como o para-raios est ligado ao solo, s cargas eltricas recebidas so transferidas para a terra sem causar danos.J no procedimento do torniquete, observou-se que ele comeou a girar (Figura 5). Isto pode ser explicado da seguinte maneira: nas pontas eletrizadas do torniquete o ar se ioniza, ocorrendo repulso entre os ons e as pontas de carga de mesmo sinal, determinando a rotao do torniquete em sentido contrrio aos das pontas. A repulso entre o ar ionizado e as pontas do torniquete, resultando na rotao dos mesmos, pode ser explicada pela terceira lei de Newton, tambm denominadaprincpio da ao e reao, ela pode ser enunciada da seguinte forma:

Se um corpo A aplicar uma fora sobre um corpo B receber deste uma fora de mesma intensidade, mesma direo e de sentido contrrio.

Assim, |FA-B| = |FB-A|As foras de ao e reao possuem as seguintes caractersticas: Possuem a mesma natureza, ou seja, so ambas de contato ou de campo; So foras trocadas entre dois corpos; No se equilibram e no se anulam, pois esto aplicadas em corpos diferentes.Dessa forma a fora que aplicada nas pontas do torniquete e no ar ionizado tem mesma intensidade, mesma direo e sentido contrrio. Em resumo, o torniquete gira no sentido inverso ao das pontas. Isso pode ser explicado atravs da lei das pontas de Franklin, a eletrizao do corpo do torniquete maior nas suas pontas, pois a densidade eltrica maior. Por esse motivo, o ar ionizado pelo campo eltrico maior nessa regio. O ar ionizado fica com o mesmo sinal de ionizao destas pontas, e seus campos se repulsam, provocando, pela lei de ao e reao de Newton, uma fora motriz no torniquete. Esta constante repulso ente as pontas e o ar geram o movimento.

Figura 5: Rotao do torniquete em sentido contrrio aos das pontas.

(4) Eletrizao do cabelo:Quando uma pessoa que esteja com cabelos secos, sobre uma base isolante tem contato com a esfera do gerador de Van de Graaff, seus cabelos ficam excitados (Figura 6).A eletrizao da pessoa por contato com a esfera metlica faz com que se acumule nos cabelos cargas de mesmo sinal que o da esfera. Como as cargas presentes em cada fio de cabelo ficam eletrizadas com cargas da mesma polaridade, e que consequentemente se repelem, h o eriamento do cabelo. Como as cargas so iguais e se repelem elas tendem a ficar o mais distante possvel entre si, logo a maneira mais eficientes ir para a ponta dos cabelos, e assim diminuindo a repulso. Entretanto quando o ar est mido este experimento no ocorre facilmente, porque o ar passa a conduzir melhor a eletricidade e h transferncia de cargas. No foi possvel a visualizao da eletrizao do cabelo, talvez pela umidade do ar, ou do cabelo.

Figura 6: Eletrizao dos cabelos, em contato com a esfera metlica do gerador de Van der Graaff.

(5) Descarga Eltrica na Atmosfera:Ao aproximar o basto (Figura 7) de teste da esfera ocorre uma descarga eltrica (Figura 8), isso acontece porque o ar prximo aos dois mudou seu comportamento de isolante para condutor e os eltrons passaram de um para o outro sem precisar de um contato direto (toque).

Figura 7: Aproximao do basto de teste na esfera.

Figura 8: Aps aproximao do basto de teste na esfera, ocorre uma descarga eltrica.

O ar se torna condutor pelo forte campo eltrico no qual ele exposto, o bastante para ioniz-lo, arrancando eltrons de seus tomos. Os ons no ar o transformam em condutor.No momento em que o ar deixa de ser isolante, o campo eltrico possui certo valor entre os eletrodos. Denominamos ao maior valor que o campo eltrico (atuante sobre um dieltrico) pode assumir, sem que o isolante conduza rigidez, dieltrica que o campo dieltrico mximo que um dieltrico pode suportar sem se romper e varia de material para material.A esfera metlica carregada positivamente, e o basto de teste que est ligado ao Gerador de Van der Graaff que retira as cargas negativas da cinta de borracha, que por sua vez retirou os eltrons da esfera metlica, e fica carregado negativamente, quando os dois esto bem prximos acontece uma fasca. Essa fasca justamente os eltrons que a basto de teste atravs da cinta de borracha tirou da esfera metlica. Ento quando os dois objetos so aproximados, os eltrons pulam do basto de teste para a esfera metlica, resultando na fasca e nesse exato momento os dois objetos tornam-se neutros. Porm com a contnua movimentao da cinta de borracha os eltrons continuam sendo retirados da esfera metlica e sendo destinadas ao basto de teste.6. CONCLUSOConclui-se atravs desses experimentos, pudemos observar a natureza eltrica da matria, bem como um pouco das suas propriedades. Pudemos abstrair dos experimentos que a matria possui propriedades eltricas 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. A compreenso dos efeitos dieltricos assim como a rigidez dieltrica acaba por demonstrar como um isolante pode tornar-se um condutor. Alm disso, foi possvel compreender o princpio de funcionamento de raios, relmpagos e troves.Uma melhor aplicao e compreenso da Lei de Coulomb, assim como dos princpios bsicos da eletrosttica. Sendo ainda possvel trabalhar-se- com o Potencial Eltrico e com o campo eltrico, dando um especial nfase no ltimo. E por fim, vendo o real objetivo do Gerador de Van der Graaff que simular descargas eltricas.

7. REFERNCIAS

HALLIDAY, D., Resnick, R. Walker, J - Fundamentos de Fsica 3 Traduo BIASI Ronaldo Srgio de, - Rio de Janeiro: Livros tcnicos e Cientficos Editora, 7a Edio, 2007GASPAR, Alberto - Compreendendo a Fsica: Ensino Mdio / Alberto Gaspar -- So Paulo: tica, 2010.

Eletrizao por atrito, contato e induo. Disponvel em . Acessado em 26/07/2013.

Eletroscpio. Disponvel em . Acessado em 26/07/2013.

Princpio de funcionamento do eletroscpio. Disponvel em . Acessado em 26/07/2013.

Terceira Lei de Newton. Disponvel em . Acessado em 26/07/2013.