O Relatório Física III Eletrostática

ENGENHARIA MECÂNICA - 3º SEMESTRE NOTURNO[pic 1]

UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES - UMC

Experimento 1 – Eletrostática

Professor: Dr. Pedro Luiz Frare Júnior

Disciplina: Física Geral e Experimental III

Mogi das Cruzes

  2019

Objetivo

Determinar por meio da eletrização por atrito a força elétrica de um corpo, assim como verificar os demais processos de eletrização por meio do Gerador de Van de Graff.

Introdução

Desde a descoberta da eletricidade pode-se dizer que a humanidade se tornou refém da mesma. Observando todo o meio, torna-se evidente a indispensabilidade que a mesma adquiriu. O estudo de fenômenos imersos neste meio vem contribuindo através da história para avanços significativos. Diversos estudiosos levantaram inúmeras questões afim de desenvolver explicações precisas sobre os fenômenos elétricos e suas propriedades, descobrindo finalmente que todos estão ligados basicamente a estrutura da matéria.

Átomo pode ser definido como unidade fundamental da matéria, a menor porção capaz de identificar um material. Em sua constituição é formado por prótons, nêutrons e elétrons.

A carga elétrica é uma propriedade diretamente ligada as partículas elementares que formam o átomo. Através de experimentos, foi possível distinguir a existência de duas espécies de cargas, positivas e negativas. No SI a unidade é definida como Coulomb (C), em homenagem a Charles Augustin de Coulomb, físico francês que formulou a conhecida Lei de Coulomb, enfocando seus estudos sobre as interações eletrostáticas entre partículas eletricamente carregadas, as quais possuem a propriedade de atração e repulsão entre si.

De acordo com Coulomb, a intensidade da força elétrica de interação entre cargas é diretamente proporcional ao produto dos módulos de cada carga e, inversamente proporcional ao quadrado das distâncias que as separam:

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A partir desta dedução, foi possível o estudo de diversos outros fatores e propriedades correlacionadas a eletricidade, por exemplo: a quantidade de carga elétrica que atravessa a seção transversal de um condutor em determinada unidade de tempo é definida como corrente elétrica (I).

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Ainda permanecendo nesta mesma linearidade de raciocínio, um material, a partir de sua estrutura, pode ser classificado por sua capacidade de permitir a passagem de corrente elétrica através do mesmo. São eles os materiais condutores e isolantes.

Materiais condutores são dotados de excesso de elétrons na camada mais externa do elemento. Devido a distância relativamente grande entre esses elétrons de carga negativa e o centro de carga positiva, a força elétrica entre eles é pequena, permitindo uma mobilidade dos elétrons pelo material, tornando o material um bom condutor. Em termos gerais, os metais são excelentes condutores.

Por sua vez, um material isolante, também chamado de dielétrico, apresenta uma força elétrica maior entre seus elétrons e prótons, tornando a mobilidade dos mesmos mais difícil. Borracha, madeira seca e vidro são bons exemplos de materiais isolantes.

Tendo em vista estes conceitos previamente desenvolvidos, torna-se mais fácil a compreensão da eletrostática.

A eletrostática ou eletricidade estática é o fenômeno de acúmulo de cargas elétricas em qualquer material. Baseia-se em dois princípios básicos:

• Princípio da conservação da carga elétrica: quando o sistema está totalmente isolado, sua carga elétrica total é constante.
• Princípio da atração e repulsão das cargas: cargas elétricas de mesmo sinal se repelem, e de sinais contrários atraem-se.

Basicamente, um corpo consegue acumular cargas por três tipos de processos, denominados eletrização. São eles:

Eletrização por contato: quando um corpo eletrizado, seja positivo ou negativo, entra em contato com um outro corpo eletricamente neutro. Se o primeiro estiver sobrecarregado de cargas exclusivamente positivas, a tendência natural do segundo corpo é ceder cargas negativas para manter o corpo neutro. Tal fenômeno propicia uma desregularem nas cargas do elemento neutro, que passará a ficar carregado.

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Figura 1: Eletrização por Contato

Eletrização por atrito: ocorre com corpos inicialmente neutros que são atritados, sendo forçados a ceder elétrons um para o outro. Ao término do processo, um corpo será carregado positivamente, enquanto o outro negativamente.

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Figura 2: Eletrização por Atrito

Eletrização por indução: este processo ocorre sem que haja o contato direto entre os corpos, baseando-se exclusivamente na repulsão de cargas, onde um corpo eletrizado negativamente, por exemplo, se aproxima de outro neutro. Pela propriedade, as cargas negativas tendem a se afastar do corpo, até sua extremidade oposta. Por meio do aterramento, é possível nivelar a carga da extremidade do corpo, tornando por um breve momento neutro. Ao cortar este aterramento, o corpo se tornará eletrizado efetivamente.

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Figura 3: Eletrização por Indução

Metodologia

Materiais Utilizados - Experimento 1

• Bastão de vidro;
• Bastão de plástico;
• Lã;
• Papel;
• Eletroscópio de lâminas paralelas.

Materiais Utilizados - Experimento 2

• Bastão de vidro;
• Bastão de plástico;
• Lã;
• Papel;
• Pendulo eletrostático.

Materiais Utilizados - Experimento 3

• Gerador de Van de Graaff.

Procedimento Experimental

Experimento 1

O eletroscópio é um equipamento voltado a verificação da eletrização de corpos, através de um sistema simples, onde a carga é transferida do ponto de contato até lâminas paralelas. Caso haja a separação das mesmas, o equipamento indica a presença de carga no corpo aferido.

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Figura 4: Eletroscópio

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