Van De Graaf

APLICANDO O GERADOR ELETROSTÁTICO DE CORREIA TIPO VAN DE GRAFF

INTRODUÇÃO

Os átomos da matéria são formados de uma grande quantidade de partículas. Dentre elas as mais conhecidas são o próton o elétron e o nêutron. Diz – se que, quando o número de prótons em um átomo é igual ao número de elétrons, este permanece neutro. Pode-se estender este raciocínio à matéria em geral. Esta condição é chamada de Equilíbrio Eletrostático.

No entanto, este equilíbrio pode ser desfeito. Isto é possível a partir de um processo chamado de Eletrização, que pode ocorrer de três maneiras: atrito, contato e indução. Para reproduzir estes processos é utilizado um equipamento chamado Gerador de Van de Graaff ou gerador eletrostático de correia.

Figura 1 - Gerador de Van de Graaff

Este equipamento foi desenvolvido pelo Engenheiro americano Robert Jemison Van de Graaff (1901 – 1967) que, motivado por uma conferência que assistira de Marie Curie, passou a se dedicar a pesquisas no campo da Física Atômica. Uma das consequências destes estudos é a construção do gerador que leva seu nome, o qual teve aplicação direta em várias áreas do conhecimento como na medicina e na indústria.

Um motor movimenta uma correia isolante que passa por duas polias, uma delas acionada por um motor elétrico que faz a correia se movimentar. A segunda polia encontra-se dentro da esfera metálica oca. Através de pontas metálicas a correia recebe carga elétrica de um gerador de alta tensão. A correia eletrizada transporta as cargas até o interior da esfera metálica, onde elas são coletadas por pontas metálicas e conduzidas para a superfície externa da esfera.

EXXPERIÊNCIA 1: PRINCÍPIO DO FUNCIONAMENTO DO ELETROSCÓPIO DE FOLHAS – DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS EM UM CONDUTOR

1.1- OBJETIVO

- Descrever o funcionamento do eletroscópio de folhas;

- Concluir que as cargas elétricas (estáticas) se distribuem na superfície externa do condutor;

- Justificar esta distribuição de cargas.

1.2- MATERIAIS UTILIZADOS

- Um gerador de correia 7727 MMCEL;

- Um eletrodo para eletroscópio;

- Duas lâminas de alumínio;

- Uma esfera com cabo;

- Uma cuba acrílica de fios com pino banana;

- Fita adesiva.

1.3- PRÉ-REQUISITOS

1-) Cite as partículas fundamentais do átomo e suas respectivas cargas elétricas (em Coulomb).

R: As partículas fundamentais são os prótons, os elétrons e os nêutrons. O valor da carga dos prótons e elétrons é chamado de carga elementar (e) e possui o valor de 1,6x10-19 C. Os nêutrons não possuem carga.

2-) O que você entende por uma carga elétrica?

R: Entendo que são partículas carregadas eletricamente (positiva ou negativamente), que dependendo da interação com outras partículas também carregas geram forças de atração ou repulsão.

3-) Expresse a Lei de Coulomb.

R: É a força elétrica que age entre dois corpos, ou entre partículas carregadas eletricamente, depende do valor das cargas e da distância entre os dois objetos.

Charles Augustin Coulomb determinou que o valor do módulo da força que existe entre duas esferas carregadas, sendo uma carga (Q1) e outra (Q2), é proporcional ao produto, em módulo, de suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância d entre elas, isso expresso na fórmula: F=K.|q1.|q2|/d2.

4-) Compare as eletrizações por atrito (contato) com a eletrização por indução.

R: Ao eletrizar algo por atrito, se transfere elétrons de um material para outro assim no final do processo um fica com carga positiva e o outro fica com carga negativa. Por contato, o princípio é o mesmo, só que um dos corpos têm que estar carregado eletricamente, dai quando eles entrem em contato, os elétrons são transferidos até atingir o equilíbrio das cargas. Já por indução, como o próprio nome já diz, quando se aproxima um condutor carregado (indutor) de outros dois condutores neutros (induzidos) que estão juntos, gera uma separação de cargas no induzido e à uma distância menor os dois condutores neutros que estavam juntos se separam e cada um fica carregado com um sinal de carga diferente.

5-) Classifique os materiais da haste acrílica, roletes, plaquetas e esfera do gerador, quanto a bons condutores ou isolantes.

R: haste acrílica – isolante; roletes- isolante; Plaquetas – bom condutor; esfera – bom condutor;

1.4- PROCEDIMENTO EXPERIMETAL

Ligue o aparelho por alguns instantes e torne a desliga-lo, comente o observado nas tiras laminadas. Justifique o observado em termos de distribuição de cargas. O papel de fora se repede do capacete, já internamente o campo elétrico é neutro, não ocorrendo nada com o papel. Encoste o bastão de teste na esfera do gerador e justifique o observado. Aproximando o bastão de teste a esfera verifica-se pequenos raios (indução). Já quando o bastão é encostado à esfera é descarregada (descarga corona) e o papel no seu interior volta à posição normal. Remova a esfera do gerador e coloque-a apoiada sobre a cuba cilíndrica. Mantenha a conexão elétrica entre a esfera e o gerador Ligue o gerador carregando a esfera negativamente e torne a desliga-lo. Comente e justifique o observado, tanto internamente como externamente a esfera, em termos de distribuição de carga elétrica. A esfera é carregada negativamente no seu externo, e como o papel alumínio é neutro a esfera acaba passando elétrons e se repelindo já em seu interno o campo elétrico é neutro não acontecendo nada com o papel. Ligue o aparelho e comente o observado, justificando em função da ionização das moléculas do ar e da terceira lei de Newton. Devido à troca de cargas o torniquete fica carregado negativamente tentando se afastar da casca, sendo assim como suas pontas está carregada negativamente e atrás das pontas positivamente ela acaba girando.

1.5- CONCLUSÃO

No pêndulo eletrostático