Experimentos propostos referentes à Eletrostática

( Gerador de Van Der Graaff )

Esse experimento foi orientado pelo

professor Dielson Hohenfeld com intuito de facilitar

no entendimento referente a eletrostáticas,

para nos Maria Julia,Misael santos e

Renata Xavier,da turma 88132,

cursando o 3° de Eletrotécnica.

Distribuição das cargas elétricas nos corpos

Pretendemos através deste experimento, mostrar o comportamento das cargas elétricas, através da parte superior de um condutor, observando como se comporta as tiras de alumínio colados no gerador de Van der Graaf.

Materiais utilizados no experimento:

• Gerador de Van der Graaf
• Fita adesiva
• Tiras de papel de alumínio
• Duas conexões de fios

Começamos o experimento segundo os procedimentos recomendados pelo professor, colando as tiras de alumínio com uma fita no gerador de Van der Graaff. Percebemos que em todos os lugares que foram colocados as tiras de alumínio, as tiras tenderam a movimentar-se na direção perpendicular a superfície da esfera. Logo podemos concluir que a direção do campo elétrico criado em torno da esfera é “radical”, ou seja, as linhas de força do campo elétrico seguem no sentido do raio da esfera.  No entanto, percebemos que devido o campo gravitacional, as tiras que tinham maior massa tiveram maior resistência em relação ao campo elétrico, mas se fosse desprezado a força peso, as tiras seguiriam na direção radial em sentido perfeito.

 Com isso notamos que apesar do campo magnético for de grande intensidade o campo gravitacional pode ser significativo durante os resultados, e também, o peso das tiras de alumino.

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Precipício de funcionamento do eletroscópio de folha

Através desse experimento, temos como principal intuito observar o funcionamento do eletroscópio de folha, com isso entender os fenômenos que acontecem quando ele esta funcionando e também observar a atividade extra proporcionado pelo professor do algodão, contemplando também seus fenômenos.

Os materiais utilizados nesse experimento foram:

·         Gerador de van der graaff

·         Haste de eletroscópio de folha

·         Bastão de teste.

·         Algodão

Começamos com o gerador desligado, e fixamos a haste do eletroscópio de folha na cabeça do gerador, colocamos as tiras próximas uma da outra e ao ligamos o gerador, as tiras se separaram.

Esse comportamento ocorre quando dois corpos estão com cargas de mesmo sinal. O movimento de repulsão das tiras se deu porque nelas foram aplicadas cargas do mesmo sinal, pela forma de eletrização por contato. Então, durante o mesmo experimento, resolvemos colocar fiapos de algodão próximos do gerador e quando colocamos os “fiapos” de algodão próximos da esfera do gerador, eles foram atraídos, porque estavam neutros e a esfera estava eletrizada.

Outra coisa interessante que foi observado, é que quando soltávamos o algodão e depois aproximávamos a mão, ele voltava pelo mesmo fenômeno de atração. A explicação do ocorrido é a mesma, o algodão no momento em que ele estava “grudado” na esfera do gerador ele se encontrava eletrizado, quando é aproximada a mão, as cargas em excesso tendem a atrair uma das cargas da mão, como o algodão é leve, é importante ressaltar que teve momentos em que o algodão ficou distante da esfera e da mão ao mesmo tempo.

Através do experimento, notamos de forma pratica que duas cargas com mesmo sinal se repelem, e um dos tipos de eletrização, que seria o de contato.

Torniquete elétrico

Desejamos através da observação do funcionamento do torniquete elétrico, absorver conhecimentos em eletrostática, no que diz respeito ao poder das pontas, ionização das moléculas de ar provocada pela relação com a terceira lei de Newton.

Os materiais utilizados foram:

·         Gerador de Van der Graaff

·         Torniquete eletrostático

 A principio começamos introduzindo o torniquete na cabeça do gerador desligado, depois fomos entender como é disposto o torniquete: O torniquete é formado por quatro hastes metálicas dispostas em ângulos de 0°, 90°, 180° e 270° graus, sendo que suas pontas são envergadas 90º à esquerda. O eixo do torniquete fica acoplado a uma haste, que esta fixa ao gerador de Van der Graff. Quando acionamos o gerador, o torniquete começa a girar e ganhar aceleração conforme a carga do gerador aumenta. Mas, como o tornique gira se não há nenhuma força mecânica atuando sobre ele? Sabemos que nas superfícies esféricas perfeitas, as cargas ficam uniformemente distribuídas, no entanto em superfícies irregulares a densidade das cargas é maior em superfícies finas pontiagudas, daí surge o termo poder das pontas, logo se termos grande quantidade de cargas maior será o campo gerado nessa região. O mesmo acontece no torniquete, nele temos as cargas do mesmo sinal distribuídos nas quatros pontas, de modo que cada ponta gere seu campo. Em compreensão simples, notemos que o campo (Ē₁) está oposto ao campo (Ē₂) devido à envergadura da haste, assim como (Ē₃) este oposto as campo (Ē₄) e ambos depostos sobre um eixo.

O sentido do campo é verídico, mas o que realmente faz girar? Primeiro temos que entender que para haver o movimento é necessário que se aplique uma força. No estudo eletrostático, a força que temos é uma força elétrica, para que haja uma força, que para ela existir é necessário duas cargas de maneira que elas se traiam ou repelirem. Temos conhecimento de que para haver deslocamento precisamos de força e, para que se tenha a força eletrostática necessitamos de duas cargas interagindo sabemos que as cargas distribuídas nas hastes são provenientes do gerador de Van der Graff, qual é afinal segunda carga do sistema? É simples quando o ar passa pela superfície eletrizada, o ar forma íons, esse íons podem ter cargas positivas ou negativas. Desse modo as cargas provenientes a ionização do ar, causara interferência com as cargas dispostas nas pontas das hastes dos torniquetes, gerando uma força em cada haste. Em virtude da envergadura da haste, a força F1 esta oposta a F2 e F3 a F4, como elas estão sendo aplicadas sobre um eixo, haverá assim uma rotação. O sentido da rotação é dada pelo sentido da envergadura, da haste  e quanto maior for às cargas maiores serão as forças, maiores será também as velocidades de rotação.

Assim podemos concluir que devido ao principio do poder das pontas, que nos afirma que a superfície irregular gera um campo maior que a superfície lisa, há quatro campos maiores no torniquete, que juntamente com o ar que é ionizado pela interferência da carga disposta nessas superfícies irregulares (pontas) faz com que se crie uma força, que devido à disposição em seu eixo, produz o giro.

Descarga elétrica e atmosférica

Queremos através deste experimento entender sobre o fenômeno descarga elétricas, os fatores que influenciam para a sua intensidade, sendo que ocorre no meio atmosférico, o que levanta a problemática de como um meio isolante vem a se tornar condutor, mas isso e outras características serão detalhadas ao longo da explanação dos argumentos propostos pela equipe, comecemos então pelos materiais utilizados, logo após detalharemos o que observamos:

Materiais:

·         Gerador de van der Graaff

·         Uma conexão de fio

·         Uma esfera de cabo isolante.

Começamos percebendo que quanto mais aproximamos o bastão de esfera de Van der Graff, mas intensa ficaram as descargas elétricas isso pode ser explicado, porque quanto menor o distante maior campo, logo se aumenta o campo o ar passa a se ioniza e perde sua propriedade dielétrica. O limite máximo de isolação para determinada intensidade de campo elétrico e chamado de rigidez dielétrica. Quando a rigidez dielétrica é rompida o ar passa a conduzir e ocorre descarga elétrica. A temperatura atingida é bastante alta, só num certo intervalo de tempo, e a temperatura das descargas produzidas pelo gerador de Van der Graff, influenciou em dois aspectos importantes, a cor e a dilatação do ar. A cor azulada é porque a descarga possui muito calor, e a alta temperatura no instante, provoca a dilatação do ar. Esta dilatação provoca a propagação do som, que são os “estalos” das descargas do gerador.

Podemos calcular também a carga máxima que passa pelo gerador e a diferença de potencial elétrico entre o gerador e o bastão metálico.

Carga:

E= KG / D²      Q=E x D² / K      Q= 3x10⁶x(0.1)² / 9x10⁹      Q=3,33 µc

Diferença de potencial:

V=E_maximo  x  D          V=(3x10⁶) x 0.03           V=90 KV

Já a dilatação do ar e os “estalos” podem ser ilustrados com o seguinte exemplo: Quando deixamos à panela esquentar e em seguida pingamos uma gosta d’água ela “explode” em centésimos de segundos. O ruído que percebemos, não é porque a gota caiu na panela e fez aquele barulho, mas sim porque o ar sofreu dilatação, devido à troca de calor num pequeno intervalo de tempo. O principio que vemos no gerador Van der Graff é o mesmo que vemos na natureza. As descargas que vemos entre a terra e a nuvem ou entre nuvens, surgem graças ao campo elétrico produzido pelas suas cargas. O alto campo ultrapassa a rigidez dielétrica do ar e ocorre uma transferência de cargas o que chamamos de raios (descargas atmosféricas). O relâmpago é, no entanto o clarão que as descargas produzem e o trova são os estrondos provocando pela dilatação do ar.

Concluímos então que quanto menor a distancia entre o bastão e a esfera de Van der Graff, maior a intensidade das descargas elétricas devido o aumento do campo, essas descargas ocorre por que a rigidez dielétrica é rompida, e o ar passa de isolante para condutor devido a ionização das molecas. Os ruídos causados pela aproximação do bastão e da esfera são responsáveis pela dilatação do ar, o mesmo principio que da origem aos trovões e o clarão são os relâmpagos.

Algumas imagens captadas durante o experimento.