ATPS

ETAPA 1

Aula-tema: Campo Elétrico. Lei de Gauss.

Essa atividade é importante para compreender a ação e a distância entre duas partículas sem haver uma ligação visível entre elas e entender os efeitos dessa partícula sujeita a uma força criada por um campo elétrico no espaço que as cerca.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Aluno)

Pesquisar em livros da área, revistas e jornais, ou sites da internet, notícias que envolvem explosões de fábricas que têm produtos que geram ou são a base de pó.

Sites sugeridos para pesquisa

• Explosão De Pó Em Unidades Armazenadoras E Processadoras De Produtos Agrícolas

E Seus Derivados Estudo De Caso. 2005. Disponível em:

<https: //docs.google.com/file/d/0Bx50NPmVz1UwUGcyMUExS3FlRnM/edit>.

• Explosões. Disponível em:

<https: //docs.google.com/file/d/0Bx50NPmVz1UwNkVMM0NNeTlmOHc/edit>.

• Atmosferas explosivas de pós: Todo cuidado é pouco. Disponível em:

<https: //docs.google.com/file/d/0Bx50NPmVz1UwU0d0cU13dFlsVlE/edit>.

Passo 2 (Equipe)

Supor que o pó (produto) de sua empresa esteja carregado negativamente e passando por um cano cilíndrico de plástico de raio R= 5,0 cm e que as cargas associadas ao pó estejam distribuídas uniformemente com uma densidade volumétrica p. O campo elétrico E aponta para o eixo do cilindro ou para longe do eixo? Justificar.

Elas apontam para longe do eixo. Em condições normais, o átomo é eletricamente neutro, ou seja, o número de prótons é igual ao número de elétrons. Entretanto, os elétrons têm grande poder de se libertar dos átomos e eletrizar outras substâncias.

Tanto elétrons quanto prótons criam em torno de si uma região de influência, ou campo de força. Quando um elétron e um próton se aproximam o suficiente para que seus campos de força possam influir um sobre o outro, eles se atraem mutuamente. Mas se dois elétrons põem em contato seus campos de força eles se repelem entre si. O mesmo acontece quando 2 elétrons se aproximam.

Para designar essas atrações e repulsões, convencionou-se dizer que as partículas possuem algo chamado carga elétrica, que produz os campos de força. Os elétrons possuem carga elétrica negativa e os prótons positiva. As cargas opostas se atraem e as cargas iguais se repelem.

Pois a carga negativa é a que tem tendência a se desprender do átomo passando assim para o cilindro de plástico, acumulando na parede interna.

Passo 3 (Equipe)

Escrever uma expressão, utilizando a Lei de Gauss, para o módulo do campo elétrico no interior do cano em função da distância r do eixo do cano. O valor de E aumenta ou diminui quando r aumenta? Justificar. Determinar o valor máximo de E e a que distância do eixo do cano esse campo máximo ocorre para p = 1,1 x 10-3 C/m3 (um valor típico).

E= K. Q / r2

Quando aumenta o valor de r, o valor de E diminui devido o aumento da área.

E= K. Q /r2

E= 8,99.109 .1,1.10-3 /0,52

E= 39.106 N/C

Quanto menor a área, maior o valor de E.

E= 8,99.109 .1,1.10-3 /(1.1.10-3)2

E= 8.1012N/C

O módulo E tem o maior valor, quando o r é igual ao valor de Q.

De= 0,5 m – 1,1.10-6

De= 0,499 de distância do eixo.

.

Passo 4 (Equipe)

Verificar a possibilidade de uma ruptura dielétrica do ar, considerando a primeira condição, ou seja, o campo calculado no passo anterior poderá produzir uma centelha? Onde?

Para o ar, ele ocorre para campos elétricos da ordem de 3.106 V/m, então o campo calculado pode produzir centelha. Em qualquer ponto.

ETAPA 2

Aula-tema: Potencial Elétrico. Capacitância.

Essa atividade é importante para compreender a definição de potencial elétrico e

Conseguir calcular esse potencial a partir do campo elétrico. Essa etapa também é importante para estudar a energia armazenada num capacitor, considerando situações cotidianas.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Determinar uma expressão para o potencial elétrico em função da distância r a partir do eixo do cano. (O potencial é zero na parede do cano, que está ligado a terra).

V = K. Q / r

Passo 2 (Equipe)

Calcular a diferença de potencial elétrico entre o eixo do cano e a parede interna para uma densidade volumétrica de cargas típica, r = 1,1 x 10-3 C/m3.

U=k.q/d = 9.109 n.m2/c2 1,1.10-3 c/m3 / 0,5 m

U= 19,8 .106 V

Passo 3 (Equipe)

Determinar a energia armazenada num operário, considerando que o homem pode ser modelado por uma capacitância efetiva de 200 pF e cada operário possui um potencial elétrico de 7,0 kV em relação a Terra, que foi tomada como potencial zero.

F=C/V

200pF=Q/7000

Q=1,4.10-6 C

C=Q/V

C=1,4.10-6/7000

C=2.10-10F

Obs.: A energia armazenada num capacitor é igual ao trabalho feito para carregá-lo

Passo 4