ATIVIDADES LABORATORIAIS DE LUAN BRAGA, LUANA LIMA, RAMON FREITAS E UENDEO LUZ.

ATIVIDADE 01 -

A DISTRIBUIÇÃO DAS CARGAS ELÉTRICAS NOS CORPOS

A realização desta atividade laboratorial tem por objetivo demonstrar o comportamento das cargas elétricas (estáticas) na superfície de um condutor. Para tal feito, utilizamos alguns materiais específicos:

·         Gerador de Van de Graaff;

·         Fita Adesiva;

·         Papel Laminado;

                                             

Fig. 1 - Realizando o experimento

Na consumação da experiência, prendemos alguns pedaços de papel laminado utilizando fitas adesivas em torno da esfera do gerador; após isso ligamos o equipamento. A primeira coisa que pudemos notar foi que as tirinhas de papel laminado afastaram-se da esfera, foram repelidas. Como sabemos que um condutor percorrido por corrente elétrica alternada gera um campo magnético ao seu redor, sabíamos que aquela esfera possuía um Campo (C). Sabíamos também que as tiras de papel laminado são condutoras, e desta forma, seriam eletricamente carregadas por contato, tendo assim a mesma polaridade da esfera. Com tais informações, e perante o comportamento das tiras de papel presas à carcaça do equipamento, chegamos á conclusão que o Campo C do Gerador possui Direção Radial, perpendicular ao raio da esfera. É importante ressaltar que, apesar dessa conclusão, ainda não é possível determinar o sentido do campo magnético, e nem a polaridade da esfera do gerador, pois, se a esfera estiver carregada positivamente o condutor de alumínio também estaria carregado positivamente, e seria repelido, a mesma coisa aconteceria com o “carregamento” negativo. E com relação ao sentido do campo, poderíamos apenas supor a polaridade da esfera e assim tirar uma conclusão a respeito do sentido, pois, caso seja positiva, o sentido do campo será de afastamento; caso seja negativa, o sentido será de aproximação.

Figura 2. - Processo de afastamento das tiras de papel laminado que descrevemos anteriormente. 
OBS.: Imagens 1 e 2 retiradas do celular da aluna Thamiris Dias.

ATIVIDADE 02 - 

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO ELETROSCÓPIO DE FOLHA

A realização desta atividade laboratorial tem por objetivo tentar descrever o funcionamento do Eletroscópio de Folha. Para tal feito, utilizamos alguns materiais específicos:

•  Gerador de Van der Graaff;
•   Haste do Eletroscópio de folha;
•   Bastão de teste.

Na realização do experimento, utilizamos um pedaço de fita adesiva para prender dois pequenos pedaços de papel laminado na extremidade do eletroscópio de folha, deixando-as próximas, mas separadas. Feito isso, fixamos a haste do eletroscópio à esfera do Gerador de Van der Graaf e ligamo-los. O primeiro resultado que se pode ser observado foi o afastamento das fitas, ou seja, elas se repeliram. Tal comportamento ocorre devido ao fato de que a haste do eletroscópio, por estar conectada ao gerador, fica eletrizada por contato e as fitas, ao estarem em contato com a haste, são eletrizadas por contato também; dessa forma, foram carregadas com mesma carga (mesmo sinal) repelindo-se.

Figura 3.  Funcionamento do Gerador Eletrostático

ATIVIDADE EXTRA 

Com a realização desta atividade, teremos a oportunidade de observar os efeitos do processo de eletrização de um corpo, que nesse caso específico se trata do algodão, e poderemos observar também o que ocorre quando essas cargas entram em equilíbrio. Para se realizar tal observação, colocamos sobre a palma da mão alguns fiapos de algodão e a aproximamos do gerador de Van Der Graaff ligado. Ao fazer isso, é possível observar que os fiapos de algodão são atraídos pela esfera do gerador, ficando “grudados” na mesma, sendo repelidos algum tempo depois. De inicio, pensamos que o algodão simplesmente foi atraído por condução pelo gerador e que permanecerá ali enquanto o equipamento estiver ligado. Porém não é exatamente isto que acontece, porque de acordo com o que observamos, o algodão é atraído e após certo tempo se “desprende”. Isso acontece porque ao aproximarmos nossa mão do gerador, os fiapos de algodão são eletrizados por indução pelo mesmo, sendo assim atraídos; depois de certo tempo as cargas do algodão e da esfera entram em equilíbrio, ou seja, ficam iguais. Como cargas de sinais iguais se repelem, os fiapos de algodão se “desgrudam” da esfera.

Figura 4. - Aproximando os fiapos de algodão do Gerador
OBS.: Imagens 3 e 4 retiradas do celular da aluna Thamiris Dias.

ATIVIDADE 03 - 

TORNIQUETE ELÉTRICO

Na realização desse experimento, além dos materiais já citados das outras atividades, utilizamos um Torniquete Elétrico, e nosso objetivo no estudo dessa experiência é compreender seu funcionamento. 

Um Torniquete Elétrico é um dispositivo mecânico constituído por um conjunto de fios metálicos terminados em pontas que são dobradas todas num mesmo sentido sendo que esses fios são solidários entre si, e são articulados com uma haste vertical, de maneira que possam girar livremente num plano horizontal.

Figura 5. Funcionamento do Torniquete Eletrostático

Na imagem ao lado, podemos observar o funcionamento do nosso torniquete conectado a um orifício no centro superior da esfera do Gerador de Van de Graaff. 

Quando ligamos o nosso gerador, observamos que o Torniquete iniciou movimento giratório ao redor de seu eixo (fixado ao gerador). Baseados nisso, começamos a discutir e chegamos a algumas conclusões. 
Como nosso torniquete possui pontas pequenas e pontiaguadas, consideramos a importância do "Poder das Pontas" que atua sobre o elemento. Com suas pequenas pontas com maior acumulo de cargas o torniquete tem maior capacidade de atrair ou repelir com maior intensidade. Quando o Gerador é ligado, o torniquete é eletrizado com mesma carga (polaridade, sinal) que o equipamento; neste momento ocorre um processo de ionização do ar, a rigidez dielétrica do mesmo é rompida, e ele passa a ser um condutor, e exerce uma força (empurra) o torniquete; devido a Terceira Lei de Newton, cujo enunciado diz toda ação possui uma reação de mesma intensidade mesma direção e sentido contrário, o torniquete inicia movimento em sentido contrário à da força que o ar aplica sobre ele; em nosso experimento o torniquete girou no sentido anti-horário.

ATIVIDADE EXTRA

Foi proposto que realizasse-mos uma nova experiência: utilizasse-mos um colega com os cabelos secos como "cobaia", pedindo para que ele colocasse as mãos sobre o gerador e observar o que aconteceria com seus cabelos. Utilizamos a aluna Laina Pereira nessa atividade, pois durante as outras atividades já havíamos percebido que ela se eletrizava facilmente.
Nossa colega estava eletricamente neutra, e, ao colocar as mãos sobre o gerador ligado, percebemos que seus cabelos "subiram", foram atraídos pelo gerador. Concluimos então que o que houve foi um processo de repelimento entre seus fios de cabelo, pois, estavam neutros, e  ao serem eletrizados com mesmo potencial através do contato, repeliram-se, fazendo com que os cabelos da nossa colega ficassem "arrepiados".

REFERÊNCIAS - 

Torniquete Elétrico: http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/carga/poder_pontas/
Terceira Lei de Newton:  http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/leis-de-newton/terceira-lei-de-newton-6.php

ATIVIDADE 04 - 

DESCARGAS ELÉTRICAS NA ATMOSFERA

Esta atividade é o último de nossos experimentos, e representa a consumação da utilização do nosso aparelho o Gerador de Van der Graaff, onde tentaremos mostrar qual a sua finalidade de fato, dentre outros questionamentos. Neste experimento, precisaremos, além do gerador, uma conexão de fio condutor e uma esfera de cabo isolante. Com todos os equipamentos devidamente posicionados e o gerador ligado iniciamos o experimento.

Ao aproximarmo a esfera de cabo isolante da esfera do gerador, percebemos que houve uma descarga elétrica entre elas; pelo fato de ser muita rápida, não pudemos observar se a descarga foi do gerador para a outra esfera ou vici-versa.

Figura 6. - Visualização das Descargas Elétricas

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 eletróns" 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 eletróns 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; 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. Essas conclusões nos mostram a finalidade de um Gerador de Van der Graaff, que é simular descargas elétricas, e, para os que ainda não perceberam, as caractéristicas acima descritas referem-se aos raios (descargas elétricas na atmosfera), relâmpagos (feixe luminoso) e trovões (ruído escutado), ou seja, são simulações desses efeitos atmosféricos.

Para facilitar nosso entendimento sobre o assunto, trabalharemos com valores para calcular o valor da carga máxima acumulada na esfera do gerador e a diferença de potencial elétrico existente entre o bastão e a esfera do gerador no momento da descarga. 

Utilizaremos os seguintes valores:

F (Campo Elétrico do Condutor) = 3,0X10⁶ N/C

K₀ (Constante Eletrostática do Ar) = 9,0X10⁹ N/C^-1 

d (Raio da esfera do Gerador) = 20,0cm = 0,20m

Dada a equação da Lei de Coulomb, temos:

F = (K0 x |Q|)/(d²), logo, como queremos saber a carga elétrica absorvida pela esfera do gerador, colocaremos nossa equação em função da carga, logo:

|Q| = (F x d²)/(K0), dessa maneira, temos:

|Q| = [(3,0X10⁶ ) x (0,20)²]/(9,0X10⁹ ), e temos |Q| = 1,33X10^-5C.

Para calcularmos a a diferença de potencial elétrico existente entre o bastão e a esfera do gerador no momento da descarga, utilizaremos a seguinte equação:

U = Emáx x d, onde d é a distância entre o bastão e a esfera, e Emáx é a carga máxima acumulada pelo gerador. Como não medimos a distância do bastão e a esfera, utilizaremos um valor entre 3 e 5cm, como indicado pelo material didático utilizado como referência para esta atividade.

U =  (1,33X10^-5) x 0,04

U = 5,33x10^-7 V (valor aproximado)

REFERÊNCIAS FINAIS:

Apostila elaborada pelo Departamento de Ciencias Aplicadas - Cordenadoria de Física, do Centro Federal de Educação Tecnológica da Bahia Cefet - Ba, disponibilizada pelo professor da disciplina de Física Dielson Hohenfeld.