UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARAN

CENTRO DE ENGENHARIAS E CINCIAS EXATAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUMICA

CURSO DE ENGENHARIA QUMICA

CARGAS E INDUO ELTRICA

TOLEDO PARAN

2013

Amanda Mansano Zanella

Carina Langaro

Kamila Cavalcante de Oliveira

Susana Suttor Both

Vanessa Tanara Fetsch

Vicky Cerioli

CARGAS E INDUO ELTRICA

Relatrio apresentado disciplina de

Fsica Geral e Experimental II.

Universidade Estadual do Oeste do

Paran - Campus de Toledo.

Professor: Dr. Fernando Rodolfo

Espinoza Quiones

TOLEDO PARAN

2013

i

NDICE

LISTA DE FIGURAS .......................................................................................... iii

RESUMO............................................................................................................ 1

1. INTRODUO ............................................................................................... 2

1.1 Eletrmetro ............................................................................................... 2

1.2 Efeito das Pontas ..................................................................................... 2

1.3 Efeito Corona............................................................................................ 2

1.4 EfeitoTriboeltrico ..................................................................................... 3

1.5 Gerador Eletrosttico Van der Graaff ....................................................... 4

1.6. Carga eltrica .............................................................................................. 6

1.7. Eletrizao ................................................................................................... 6

1.7.1. Por induo .............................................................................................. 6

1.7.2. Por atrito ................................................................................................... 6

2. OBJETIVOS ................................................................................................... 7

2.1 OBJETIVO GERAL ...................................................................................... 7

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ........................................................................ 7

3. METODOLOGIA ............................................................................................ 8

3.1 MATERIAIS .............................................................................................. 8

3.2 MTODOS ............................................................................................... 8

3.2.1. Eletrizao dos corpos ............................................................................. 8

3.2.2 Funcionamento do eletroscpio de folhas ................................................. 8

3.2.3 Chama de uma vela submetida ao de um campo eltrico .................. 9

3.2.4 Blindagem da ao do campo eltrico....................................................... 9

3.2.5 Poder das pontas Torniquete eltrico ..................................................... 9

4. RESULTADOS E DISCUSSES ................................................................. 10

4.1 Eletrizaes dos corpos ............................................................................. 10

4.2 Caso do cabelo .......................................................................................... 10

4.4 Caso da esfera conectada a um basto isolante ........................................ 11

4.5 Eletroscpio de folhas ................................................................................ 12

4.6 Chama de uma vela submetida a um campo eltrico ................................. 12

4.7 Blindagem da ao de um campo eltrico.................................................. 13

4.8 Poder das pontas Torniquete eltrico ...................................................... 13

ii

4.9 Questes .................................................................................................... 15

5. CONCLUSO .............................................................................................. 22

REFERNCIAS ................................................................................................ 23

iii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Gerador de Van der Graaff (SITE 2) ................................................... 5

Figura 2. Descarga eltrica num gerador de van der Graaf ............................. 11

Figura 3. Eletroscpio de folhas ....................................................................... 12

Figura 4. Gerador ............................................................................................. 19

1

RESUMO

Foram realizados diversos experimentos com o intuito de observar as

caractersticas da carga eltrica. Estudaram-se: formas de eletrificar um corpo

por atrito, induo, ou contato; polaridade, conservao e quantizao;

condutores e isolantes bem como o campo eltrico dentro e fora de um

condutor; fora e torque eltrico. Tambm foram observados os efeitos das

Pontas, Corona, Triboeltrico e suas aplicaes. Ainda mais, procurou-se

descrever o funcionamento do eletroscpio de folhas, Torniquete Eltrico,

Gerador Eletrosttico de Van der Graaf, alm de buscar entender a distribuio

das cargas em um condutor e a blindagem eltrica. Para realizar o experimento

de eletrizao dos corpos, foram colocadas no domo gerador, tiras de

alumnios. No experimento do eletroscpio de folhas, aproximou-se o

eletroscpio de folhas ao domo do gerador de Van der Graaf j ligado. A

chama de uma vela submetida ao de um campo eltrico foi estudada

colocando-se uma vela entre as placas do capacitor, e ligando-se o gerado em

seguida. Para realizao do experimento de Blindagem da ao do campo

eltrico, novamente uma vela foi introduzida, porm nesse caso dentro de uma

teia metlica, entre as placas do capacitor, inicialmente descarregado. Para

realizar a prtica de poder das pontas, torniquete eltrico, fez-se as conexes

necessrias e colocou-se o sistema de quatro pontas descansando na ponta do

suporte. Em todos os casos observou-se o que ocorreu durante o experimento.

2

1. INTRODUO

1.1 Eletrmetro

Os eletrmetros so aparelhos utilizados para medir a diferena de

potenciais eltricos, em outras palavras, a tenso eltrica entre dois pontos de

potenciais distintos, tipicamente trata-se de um capacitor deformvel. No sculo

XVIII precisou-se de instrumentos destinados medio de cargas eltricas

designados por Eletroscpio o qual era composto por dois fios suspensos do

mesmo ponto que quando eletrizados, formavam um ngulo entre si

(ESPINOZA, 2013).

1.2 Efeito das Pontas

A eletricidade se encontra nas pontas e nos elementos fsicos que se

afunilam, fazendo das pontas o caminho mais fcil para entrada ou sada de

energia, como por exemplo, o pra-raios (SITE 1). Algumas experincias nesse

ramo foram realizadas no sculo XVIII, dispondo de condutores metlicos com

pontas muito finas que levaram a concluso de que a intensidade de Campo

Eltrico proporcional a densidade de carga (ESPINOZA, 2013).

O torniquete eltrico constitudo de quatro varetas de lato que se

distribuem de forma simtrica em direes radiais em torno de um pequeno

disco condutor. Este utilizado para visualizar o Poder das Pontas

(ESPINOZA, 2013).

1.3 Efeito Corona

Quando um campo eltrico muito forte associado com um condutor de

alta tenso ioniza o ar prximo ao condutor ocorre o Efeito Corona. O campo

eltrico na superfcie dos condutores atinge um limite no qual o isolante do ar

rompe-se, criando pequenas descargas em torno do condutor, muito

semelhantes a uma coroa (SITE 2).

3

Este efeito, que proporcional a tenso, provoca perdas eltricas no

sistema e interferncia em rdio e TV que estejam prximas, alm de gerar um

rudo eletromagntico de largo espectro (SITE 2).

1.4 EfeitoTriboeltrico

Este efeito, tambm conhecido como Eletrizao por atrito, ocorre

quando dois corpos so atritados e os tomos mais extremos de cada corpo

entram em intenso contato trocando cargas eltricas, mesmo que um deles

seja isolante (SITE 3).

Atravs de vrios experimentos foi possvel construir a srie

triboeltrica apresentada pela Tabela 1, na qual os corpos esto atritados. Os

que aparecem primeiro ganharo carga positiva, enquanto o ltimo ganhar

carga negativa (ESPINOZA, 2013).

4

Tabela 1. Srie Triboeltrica

Mais positivo Ar

Vidro

Fibra sinttica

L

Chumbo

Alumnio

Papel

Algodo

Ao

Neutro Madeira

Borracha

Cobre

Acetato

Polister

Poliuretano

Polipropileno

Vinil (PVC)

Silicone

Mais negativo Teflon

1.5 Gerador Eletrosttico Van der Graaff

Van der Graaff, em 1931, inventou o gerador que levou seu nome a fim

de produzir uma diferena de potencial muito alta (da ordem de 20 milhes de

volts) para acelerar partculas carregadas que se chocavam contra blocos fixos.

Dessa forma, os resultados das colises informam as caractersticas dos

ncleos do material que constituem o bloco (ESPINOZA, 2013).

O gerador de Van der Graaff um gerador de corrente constante,

enquanto que a bateria um gerador de voltagem constante, o que varia a

intensidade dependendo de quais os aparelhos que so conectados

(ESPINOZA, 2013).

http://www.fisica.ufs.br/egsantana/elecmagnet/mov_campo/mov_campo.html#Movimiento en un campo elctrico

5

O gerador de Van der Graaff muito simples, consta de uma cpula de

descarga (domo), coluna de apoio, dois roletes, duas escovas metlicas, uma

correia transportadora, um pequeno motor eltrico e uma base para alojar o

mesmo, fixar a coluna e a escova interior (ESPINOZA, 2013).

Figura 1. Gerador de Van der Graaff (SITE 2)

A correia, escovas e cilindros ocultos se combinam para formar o

Eletrforo de funcionamento contnuo. Trata-se de um dispositivo de

eletrosttica em que utilizado o fenmeno da induo eletrosttica para

bombear carga eltrica entre a escova de metal e a superfcie de correia mvel

(ESPINOZA, 2013).

Esta prtica objetiva o conhecimento de caractersticas da carga

eltrica como polaridade, conservao e quantizao; formas de eletrificar um

corpo seja por atrito, induo, ou contato; conhecimento de condutores e

isolantes bem como o campo eltrico dentro e fora de um condutor, fora e

torque eltrico. Tambm visa o conhecimento dos Efeitos: das Pontas, Corona,

Triboeltrico e suas aplicaes. Alm disso, procura descrever o

funcionamento do eletroscpio de folhas, Torniquete Eltrico, Gerador

Eletrosttico de Van der Graaf, entender a blindagem eltrica e a distribuio

das cargas em um condutor (ESPINOZA, 2013).

6

1.6. Carga eltrica

Os tomos so compostos por um ncleo, onde ficam os prtons e

nutrons, e uma eletrosfera onde permanecem os eltrons em rbita. Se fosse

possvel separar esses trs compostos elementares e lan-los em direo

um im, ocorreria um desvio de prtons e eltrons em direes opostas. Esta

caracterstica de cada partcula denomina-se carga eltrica. Assim, os prtons

possuem cargas positivas, os eltrons cargas negativas e os neutros possuem

carga neutra (ESPINOZA, 2013).

1.7. Eletrizao

Eletrizar um corpo trata-se de tornar diferente o nmero de prtons e

de eltrons, seja adicionando ou reduzindo o nmero de eltrons que o mesmo

j possui (ESPINOZA, 2013).

1.7.1. Por induo

A eletrizao por induo, ou induo eltrica, o processo de

carregar eletricamente um objeto colocando-o no campo eltrico de outro

objeto carregado. Este processo ocorre quando um corpo eletrizado redistribui

cargas de um condutor neutro. O indutor (corpo eletrizado) colocado prximo

ao induzido (corpo neutro), de forma a permitir que as cargas do indutor

atraiam ou repilam as cargas negativas do corpo neutro. Esta distribuio de

cargas no corpo induzido s mantida na presena do corpo indutor

(ESPINOZA, 2013).

1.7.2. Por atrito

J nas eletrizaes por contato ou por atrito necessrio um contato

direto entre o corpo eletrizado e o corpo neutro (ESPINOZA, 2013).

7

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Verificar a ao das cargas eltricas sobre corpos incialmente neutros e

observar a transferncia de cargas por induo.

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Observar as caractersticas da carga eltrica: polaridades, conservao

e quantizao;

Observar as formas de eletrificar um corpo: atrito, induo e contato;

Observar se um material condutor ou isolante;

Observar o campo eltrico dentro e fora de um condutor;

Observar a fora e o Torque eltrico;

Observar o efeito das pontas, efeito corona, efeito triboeltrico e as

aplicaes destes;

Observar o funcionamento do eletroscpio de folhas e do torniquete

eltrico;

Observar e entender a blindagem eltrica;

Observar e entender o funcionamento do gerador eletrosttico de Van

der Graaf;

Observar a distribuio das cargas em um condutor.

8

3. METODOLOGIA

3.1 MATERIAIS

Para a realizao dos experimentos foram utilizados os seguintes

materiais:

Gerador didtico de Van der Graaf;

Lminas de alumnio;

Esfera com basto isolante;

Conexes de fios com pino banana;

Eletroscpio de folhas;

Capacitor de placas paralelas;

Vela;

Caixa de fsforos;

Teia metlica de formato cilndrico;

Um torniquete eltrico de quatro pontas com suporte;

Dois jacars para conexo eltrica;

3.2 MTODOS

3.2.1. Eletrizao dos corpos

Primeiramente colou-se tiras de alumnio na parte exterior do gerador de

Van der Graaf. O aparelho foi ligado por alguns instantes e em seguida tornou-

se a deslig-lo. Em seguida, aproximou-se uma esfera com basto isolante no

sistema.

3.2.2 Funcionamento do eletroscpio de folhas

Foi ligado o gerador Van der Graff, e aproximou-se ao domo do gerador

o eletroscpio de folhas. Observou-se o ocorrido com a folha metlica presa a

haste metlica do eletroscpio de folhas.

9

3.2.3 Chama de uma vela submetida ao de um campo eltrico

Fizeram-se as conexes eltricas necessrias de modo a carregar o

capacitor, e ento uma vela foi colocada entre as placas do mesmo. O gerador

de Van der Graff foi ligado, para tornar possvel a identificao da polaridade

de cada placa. Observou-se o fenmeno que ocorreu.

3.2.4 Blindagem da ao do campo eltrico

Colocou-se uma vela acessa dentro de uma teia metlica de formato

cilndrico. O conjunto foi inserido entre as placas do capacitor ainda

descarregado. Fizeram-se as conexes necessrias de modo a carregar o

capacitor. Por fim, observou-se o ocorrido.

3.2.5 Poder das pontas Torniquete eltrico

Uma haste de suporte com pino banana foi introduzido na parte superior

da esfera do gerador a fim de observar-se o poder das pontas - torniquete

eltrico. O sistema de quatro pontas foi colocado descansando na ponta do

suporte com pino banana, e em seguida o gerador Van der Graff foi ligado.

Um novo sistema foi montado a fim de avaliar-se o comportamento de

um torniquete eltrico. Introduziu-se uma haste do mesmo num bloco de isopor

(isolante eltrico). O torniquete foi inserido entres as placas paralelas de um

capacitor. Foram feitas as conexes eltricas das placas do capacitor com as

duas polaridades do gerador eletrosttico e ento o aparelho foi ligado.

10

4. RESULTADOS E DISCUSSES

4.1 Eletrizaes dos corpos

Quando o Gerador de Van der Graaf ligado, ocorre o atrito entre o

nylon e a borracha e entre a borracha e o metal. Pela srie triboeltrica, o nylon

ou teflon tm a tendncia de ficar negativamente carregados, em

consequncia, a borracha ficar positivamente carregada. Por induo, o pente

do Gerador fica carregado negativamente, o que desencadeia a ionizao do ar

entre o pente e a borracha, ocorrendo um intenso Campo Eltrico. Nesse caso,

as cargas fluem do pente para a borracha, aumentando a densidade de carga

na borracha.

No pente superior, que conectado a um domo neutro, espera-se que

ao fim de certo tempo o pente esteja carregado negativamente e,

consequentemente, o domo fique positivamente carregado, o que causa a

ionizao do ar ao redor deste domo.

4.2 Caso do cabelo

O efeito que pode ser observado neste caso o poder das pontas, ao

aproximar o cabelo do domo carregado. Por induo, os fios de cabelo ficam

carregados com carga de mesma polaridade, o que faz com que ocorra a

repulso entre os mesmos.

4.3 Caso das fitas

O que se observou neste caso foi a repulso entre as fitas e o domo, o

que significa, que, como o domo estava carregado positivamente, as fitas

tambm estavam carregadas positivamente.

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4.4 Caso da esfera conectada a um basto isolante

Observaram-se fascas ou descargas eltricas quando a distncia entre

o domo e o basto-esfera era menor que 2 cm. Como a superfcie do domo

estava carregada positivamente e o basto-esfera possua carga neutra,

significa que ocorreu eletrizao por induo. Por consequncia, ocorre a

migrao de cargas na superfcie do basto-esfera, ou seja, as cargas eltricas

negativas so atradas pelo domo, que possui carga positiva, enquanto que as

cargas positivas so repelidas para o lado oposto do basto-esfera.

As descargas eltricas ocorreram, pois o campo eltrico excedeu

localmente a intensidade do dieltrico do ar. Desse modo, pode-se perceber

que quando h maior diferena de potencial, ou seja, onde h maior acmulo

de cargas, ocorre uma ruptura dieltrica e acontece uma descarga eltrica.

Nesse caso, a rigidez dieltrica do ar foi rompida e ele funcionou como um

condutor para a descarga.

A diferena de potencial entre os dois corpos pode ser quantificada por

meio da equao (1).

V = E . d (1)

V = 3.106 V/m . 2.10-2 m = 6.104 V

Onde:

V a diferena de potencial;

E a rigidez eltrica do meio (Ear crtico = 3.106 V/m);

d a distncia entre os dois corpos.

Figura 2. Descarga eltrica num gerador de van der Graaf

12

4.5 Eletroscpio de folhas

Inicialmente, o eletroscpio estava neutro, assim a fita metlica estava

abaixada. Ao se aproximar o eletroscpio do domo do gerador (j carregado

positivamente), observou-se que a ponta da fita metlica foi repelida pela haste

e aderiu-se ao vidro. Isso se deve ao fato de ter ocorrido a induo de cargas

na parte superior do eletroscpio, contrrias s do domo. Por consequncia, a

haste e a folha ficaram carregadas positivamente, ocorrendo a repulso entre

estas.

O ngulo entre a fita e a haste pode determinar a quantidade de carga

transferida, visto que, se o ngulo aumenta, as cargas da fita e da haste so de

mesmo sinal e quando o ngulo diminui, as cargas so opostas.

Figura 3. Eletroscpio de folhas

4.6 Chama de uma vela submetida a um campo eltrico

A placa da esquerda foi conectada ao domo, enquanto que a placa da

direita foi aterrada, ou seja, a placa da direita possua carga negativa e a

placa da esquerda possua carga positiva. Por consequncia, criou-se um

campo eltrico, sendo que este flui da esquerda para a direita, ou seja, da

placa positiva para a negativa.

Quando a vela foi colocada entre as placas j eletrizadas, observou-se

que a ponta da chama foi para o lado da placa negativa e a base da chama foi

para o lado da placa positiva, ou seja, houve uma redistribuio de cargas na

chama da vela, ficando a parte da base negativa e a ponta positiva, visto que

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esta se encontra em estado plasmtico e todos os gases esto na forma de

ons.

No terminal negativo da mquina eletrosttica (placa da direita). Como a

placa tem carga negativa, repele eltrons das molculas de ar que esto

prximas dela, criando ons positivos. O on positivo ento atrado pela placa

negativa. Quando os ons positivos so atrados, arrastam consigo outras

molculas de ar. H ento um deslocamento de molculas de ar em direo

placa negativa, como se estivesse soprando um vento. Esse deslocamento de

ar, provocado por um fenmeno eltrico chamado de sopro eltrico.

4.7 Blindagem da ao de um campo eltrico

Quando foi colocada a vela dentro do cilindro metlico, percebeu-se que

no houve deformao na chama da vela. Tal fato explicado porque o cilindro

funciona como uma gaiola de Faraday, isto porque h uma redistribuio de

cargas no metal por influncia do campo eltrico entre as placas. Essa

reorganizao ocorre de forma que as cargas do cilindro consigam anular o

campo no interior do cilindro. Dessa forma, criado um campo eltrico de

mesma intensidade, porm de sentido oposto ao campo externo e por isso no

ocorre o sopro eltrico ou vento. Caso o material utilizado no fosse metlico,

provavelmente seria possvel observar algum fenmeno na chama da vela, pois

corpos isolantes no possuem propriedades de blindagem, pois no possuem

eltrons livres e as cargas no entrariam em equilbrio.

4.8 Poder das pontas Torniquete eltrico

O torniquete eltrico constitudo por um conjunto de finas barras

metlicas terminadas em pontas dobradas no mesmo sentido. Estas barras so

articuladas com uma haste vertical, ligada ao gerador de Van der Graaf, de

maneira que possam girar livremente num plano. Quando o sistema

Gerador/Torniquete ligado, observa-se que as ps do torniquete comeam a

girar em sentido oposto ao das pontas das ps, neste caso, no sentindo

horrio. Esse giro ocorre porque o Gerador fornece uma energia eltrica, que

14

transformada em energia mecnica por intermdio do campo eltrico. Isto

porque, em um torniquete eltrico uma ponta positiva atrair eltrons e repelir

ons positivos de molculas de ar, empurrando assim as pontas no sentido

oposto das mesmas, ocorrendo a ao-reao, descrita pela Terceira Lei de

Newton, ou seja, as pontas so atradas em um sentido e repelidas em outro e

ocorre a conservao do Momentum.

As pontas do torniquete devem ser curvas para que possa ser

observado o movimento das ps, pois quando as pontas so curvas, o torque

causado pela repulso das partculas das pontas com as do ar ir rotacionar o

torniquete, ao contrrio do que se as pontas fossem retas, pois a fora seria

aplicada na direo do centro, o que no causaria rotao, impossibilitando a

observao da ao de repulso entre as partculas.

O material metlico, quando no possui pontas, carregado

uniformemente. Porm, quando o material metlico possui pontas, a

concentrao de cargas maior nessas regies, visto que a rea tende a ser

infinitesimal, e como a densidade de carga inversamente proporcional rea,

espera-se que haja uma concentrao de cargas muito alta nas pontas. Sendo

assim, espera-se campos eltricos mais intensos entre uma ponta e a curva da

outra.

No caso do torniquete eltrico entre as placas carregadas, estas placas

funcionam como um capacitor. Quando colocado um isolante entre as placas,

aumenta-se a capacitncia do capacitor, pois este isolante dificulta a passagem

de carga de uma placa outra. Neste caso, tem-se duas placas carregas com

cargas opostas e o campo flui da placa positiva para a placa negativa,

ocasionando no torniquete o fenmeno do sopro eltrico, que uma

sucesso de repulses e atraes entre as pontas e as molculas de ar,

obedecendo terceira Lei de Newton.

Novamente, espera-se que ocorra uma maior concentrao de cargas

por unidade de rea nas pontas, j que a densidade de carga inversamente

proporcional rea. Portanto, o campo eltrico mais intenso dever dar-se

entre as pontas e as curvas das ps do torniquete. Por consequncia, as

molculas de ar prximas s pontas ionizam-se, ficando com uma carga

resultante positiva, as quais chegariam perto da placa carregada positivamente,

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sofrendo repulso novamente, fazendo com que o torniquete girasse em

sentido horrio.

4.9 Questes

a) Cite as partculas fundamentais do tomo e suas respectivas cargas

eltricas (em Coulomb).

As partculas fundamentais do tomo so o prton, o eltron e o nutron.

No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de carga eltrica o

Coulomb (C). O valor da carga do prton e do eltron denominado carga

elementar (e) e possui o valor de 1,6.10-19 C, ou seja, a carga do eltron

negativa, a do prton positiva e a carga do nutron nula.

b) O que voc entende por uma carga eltrica?

A carga eltrica uma propriedade intrnseca da matria, bem como a

massa. H cargas eltricas positivas e negativas, sendo que ocorre a atrao

entre cargas de sinais opostos e repulso entre cargas de mesmo sinal. Essas

cargas no podem ser criadas nem destrudas. A existncia dessas cargas traz

consequncias como foras e campos eltricos.

c) Cite as formas de eletrizar um corpo. D alguns exemplos.

Um corpo est eletrizado quando h um nmero diferente de prtons e

eltrons, ou seja, quando o corpo no estiver neutro. O processo de retirar ou

acrescentar eltrons a um corpo neutro para que este passe a ser eletrizado

chama-se eletrizao. Os processos mais comuns de eletrizao so:

Eletrizao por atrito: Quando h eletrizao por atrito, os dois

corpos ficam com cargas de mdulo igual, porm com sinais opostos. Por

exemplo, o cabelo humano atritado com papel fica carregado positivamente, a

l atritada com a madeira tambm fica eletrizada positivamente.

Eletrizao por contato: Os corpos tambm podem ser eletrizados

por contato, se dois corpos condutores, sendo pelo menos um deles eletrizado,

so postos em contato, a carga eltrica tende a se estabilizar, sendo

redistribuda entre os dois, fazendo com que ambos tenham a mesma carga,

16

inclusive com mesmo sinal. Depois de separados, os dois condutores ficam

com cargas de mesmo sinal. Se os dois corpos forem de mesma dimenso,

ficaro com carga de mesmo valor. Se forem de dimenses diferentes, o corpo

maior ficara com carga de maior valor. Por exemplo, quando um condutor

carregado entra em contado com a Terra, quase toda sua carga transferida

para a Terra, o que o torna praticamente neutro. Isso se aplica pelo fato de a

Terra ser considerada um condutor neutro de enormes dimenses.

Eletrizao por induo eletrosttica: Esta baseada no princpio

da atrao e repulso, pois a eletrizao ocorre apenas com a aproximao de

um corpo eletrizado (indutor) a um corpo neutro (induzido). Um exemplo de

eletrizao por induo quando aproximamos um eletroscpio de folhas

(inicialmente neutro) a um aparelho de van der Graaf (carregado

positivamente). Os eltrons foram atrados para a esfera do eletroscpio e a

lmina carregou-se positivamente havendo repulso entre a folha e a haste.

d) Compare eletrizao por atrito (contato) com a eletrizao por induo.

Na eletrizao por atrito os corpos atritados ficam com cargas eltricas

opostas, como por exemplo, o pedao de flanela com cargas positivas e um

basto de vidro com cargas negativas. Geralmente observado em corpos

isolantes, em que as cargas livres ficam restritas rea atritada. J na

induo, a eletrizao de um condutor neutro pode ocorrer por simples

aproximao de outro corpo eletrizado, sem que haja contato entre eles. Por

exemplo, considere um condutor inicialmente neutro e um basto eletrizado

negativamente. Quando aproximamos o basto do corpo neutro, suas cargas

negativas repelem os eltrons livres do corpo neutro para posies mais

distantes possveis.

e) O que se entende em fsica por Campo eltrico?

uma manifestao eltrica que toda partcula carregada cria no seu

entorno. Atravs do campo se d a interao eltrica. o meio fsico de poder

interagir qualquer partcula carregada com o resto.

f) Por que dizemos que o campo eltrico um campo conservativo? Explique.

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A energia potencial aquela vinculada ao campo. Assim, em cada ponto

do espao onde h campo (gravitacional ou eltrico) atribui-se uma energia de

campo, chamada de energia potencial (associada posio onde h influencia

do campo). Sob o efeito da fora eltrica, o trabalho realizado para deslocar um

corpo de prova entre dois pontos do campo depende exclusivamente da

posio relativa entre esses dois pontos. Portanto, o campo eltrico

conservativo, pois independe da trajetria e sim do deslocamento, j que no

altera a energia mecnica do corpo que se desloca. O trabalho realizado sobre

o corpo entre dois pontos igual a menos a variao de energia potencial entre

os pontos.

g) O que se entende, em fsica, por linhas de fora de um campo eltrico?

As linhas de fora (ou de campo) so linhas imaginrias, tangentes

aos vetores campo eltrico em cada ponto do espao sob influncia eltrica e

no mesmo sentido dos vetores campo eltrico. Estas linhas vo ajudar a definir

a direo da fora eltrica e a densidade do campo eltrico em qualquer regio

do espao. A reta tangente a linha de fora nos fornece a direo do campo

eltrico no ponto escolhido.

h) Cite trs propriedades das linhas de fora de um campo eltrico

Saem de cargas positivas e chegam nas cargas negativas

As linhas so tangenciadas ao campo eltrico e a cada ponto do campo

associa-se um vetor Campo eltrico.

Duas linhas de fora nunca se cruzam, pois em cada ponto s existe um

vetor campo perfeitamente determinado em intensidade direo e

sentido.

A intensidade do campo eltrico proporcional concentrao das

linhas de fora.

i) Cite os efeitos eletrostticos no funcionamento do gerador didtico de Van

der Graaf. Descreva o funcionamento dele.

O gerador de Van der Graaf utiliza-se mais do atrito e do contato como

meio de eletrizao, em que se induzem as cargas por transformao de

energia mecnica em eltrica e fornecem essa energia por contato direto.

18

Um gerador desse tipo um dispositivo projetado para criar eletricidade

esttica e torn-la disponvel para experimentos.

O fsico americano Robert Jemison Van de Graaff inventou o gerador

Van de Graaff em 1931. O dispositivo, que leva seu nome, tem a capacidade

de produzir voltagens extremamente altas, at 20 milhes de volts. Van de

Graaff inventou o gerador para fornecer a alta energia necessria para os

primeiros aceleradores de partculas. Nos Estados Unidos, esses aceleradores

de partculas eram conhecidos como esmagadores de tomos por acelerar

partculas subatmicas a grandes velocidades e depois as "esmagar" contra os

tomos do alvo. As colises resultantes criavam outras partculas subatmicas

e radiao de alta energia como os raios X. A capacidade de criar essas

colises de alta energia o fundamento das fsicas nuclear e de partculas.

Os geradores Van de Graaff so descritos como dispositivos

eletrostticos de corrente constante. Quando uma carga colocada num

gerador desse tipo, a corrente (amperagem) continua a mesma. a voltagem

(tenso) que varia com a carga. No caso desse gerador, conforme voc se

aproxima do terminal de sada (esfera) com um objeto aterrado, a voltagem

diminui, mas a corrente permanece a mesma.

Existem dois tipos de geradores Van de Graaff: para carregar, um deles

usa uma fonte de energia de alta voltagem e o outro usa correias e cilindros

para carregar. Este ltimo tipo de gerador feito de:

um motor;

dois cilindros;

uma correia;

duas montagens de escovas;

um terminal de sada (geralmente uma esfera de metal ou

alumnio).

A figura a seguir ilustra o gerador:

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Figura 4. Gerador

Quando o motor ligado, o cilindro inferior (carregador) comea a girar a

correia. Como a correia feita de borracha e o cilindro inferior coberto com fita

de silicone, ele comea a produzir uma carga negativa enquanto a correia gera

uma carga positiva. fcil entender porque esse desequilbrio de cargas

acontece olhando nas sries triboeltricas: o silicone mais negativo que

borracha; portanto, o cilindro inferior captura eltrons da correia enquanto esta

passa por ele. importante perceber que a carga no cilindro muito mais

concentrada do que a carga na correia. Por causa dessa concentrao de

carga, o campo eltrico do cilindro muito mais forte do que o da correia no

lugar onde o cilindro e a escova inferior se juntam. A carga negativa mais forte

comea agora a fazer duas coisas:

1. Repelir os eltrons prximos das pontas da montagem da escova

inferior - os metais so bons condutores, pois eles so basicamente tomos

positivos cercados por eltrons fceis de mover. A montagem da escova agora

tem pontas de fio que esto carregadas positivamente, porque os eltrons

foram para longe das pontas, na direo da ligao e do suporte do motor;

2. Tirar molculas de ar prximas dos seus eltrons - quando um

tomo perde seus eltrons, chamado de plasma, o quarto estado da matria.

Assim, tm-se eltrons livres e tomos de ar positivamente carregados entre o

cilindro e a escova. Os eltrons so repelidos do cilindro, que tem poucos

eltrons, e atrados para as pontas da escova enquanto os tomos positivos

so atrados para o cilindro negativamente carregado.

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Os ncleos atmicos (com carga positiva) das molculas de ar tentam se

mover na direo do cilindro negativamente carregado, mas a correia est no

caminho. Agora ela est revestida pela carga positiva, que as leva para longe

do cilindro.

Enquanto houver ar entre o cilindro inferior e a montagem da escova, o

gerador Van de Graaff continuar a carregar a correia. Teoricamente, o gerador

pode continuar a carregar para sempre. Infelizmente, sujeira e outras

impurezas no ambiente vo limitar a verdadeira carga que se desenvolve na

esfera.

A correia, como a deixamos, est positivamente carregada e girando em

direo ao cilindro superior e montagem da escova superior. Como foi usado

nylon para o cilindro superior, este quer repelir a carga da correia. A montagem

da escova superior conectada parte interna da esfera e fica prxima ao

cilindro superior e correia. Os eltrons na escova se movem para as pontas

dos fios, pois so atrados para a correia, que est positivamente carregada.

Uma vez que o ar se quebra como antes, os ncleos atmicos positivos do ar

so atrados para a escova. Ao mesmo tempo, os eltrons livres no ar vo para

a correia. Quando um objeto carregado encosta no interior de um recipiente de

metal, o recipiente fica com toda a carga, deixando o objeto neutro. O excesso

de carga aparece na superfcie de fora do recipiente. Nesse caso, o recipiente

a esfera. atravs desse efeito que o gerador Van de Graaff capaz de

atingir suas imensas voltagens. Para o gerador, a correia o objeto carregado,

entregando continuamente uma carga positiva para a esfera.

Normalmente, um material neutro usado para o cilindro superior, para

que a correia torne-se neutra quando a esfera sugar a carga em excesso.

Como foi usado um cilindro superior de nylon, que positivo nas sries

triboeltricas, a correia entrega mais carga positiva e torna-se negativa. Essa

uma tcnica usada para duplicar sua corrente. A correia positiva em um dos

lados conforme se aproxima do cilindro superior e negativa do outro lado

medida que se aproxima do cilindro inferior (site 1).

j) Qual a condio necessria para que ocorra uma descarga eltrica?

Explique.

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Para ocorrer uma descarga eltrica necessrio dois corpos carregados

com cargas opostas e h a ionizao do ar (ar seco) e quando ocorre o

rompimento da rigidez dieltrica do ar acontece a descarga.

k) O que acontece fisicamente com o gs perto das pontas de um condutor?

Explique.

Como no caso do experimento, ocorre a ionizao do ar (gs) pelo

grande acmulo de cargas nas pontas do condutor.

l) Como so as linhas de fora perto da superfcie de um condutor? Explique.

No caso de um condutor eletrizado estaticamente, ou seja, a carga

eltrica est em equilbrio, todos os pontos da superfcie esto com o mesmo

potencial, ou seja, a superfcie do condutor equipotencial.

Quando o dimetro (no caso de um condutor de formato cilndrico)

muito menor que o comprimento do condutor, em pontos perto da superfcie,

este ser considerado como plano infinito, e as linhas de fora sero

perpendiculares a sua superfcie e estaro igualmente espaadas entre si.

m) O que voc entende por blindagem para o campo eltrico. D alguns

exemplos.

Um corpo eletrizado com uma quantidade de carga Q faz com que as

cargas em excesso se afastem ao mximo possvel umas das outras, isso

causa uma distribuio dessas cargas pela superfcie do condutor de forma a

ficar em equilbrio (equilbrio eletrosttico). Uma vez que esse corpo eletrizado

tenha atingido uma situao de equilbrio eletrosttico, o campo eltrico em seu

interior nulo, independente da forma desse corpo. Isso se deve ao fato de

que se o campo eltrico em seu interior fosse diferente de zero os eltrons

livres ali existentes entrariam em movimento sob a ao do campo, mas como

o corpo est em equilbrio, essa situao no acontece e por isso o campo

eltrico no interior de qualquer corpo condutor eletrizado nulo. Vale ressaltar

que isso no vlido para os corpos isolantes, uma vez que esses no

possuem eltrons livre e por tanto se eletrizarmos ele em um determinado

ponto as cargas no iriam entrar em movimento a fim de adquirir um equilbrio.

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Essas propriedades so conhecidas como Blindagem Eletrosttica. A

Blindagem Eletrosttica utilizada com grande frequncia em aparelhos

eletrnicos e ela tambm que garante a segurana de pessoas dentro de

carros e avies durante descargas eltricas. A blindagem faz com que o que

esteja no interior do material eletrizado no sofra com nenhum fenmeno

eltrico externo. Alm desses exemplos, as propriedades da Blindagem

eletrosttica so vlidas para corpos vazados como gaiolas. O Fsico ingls

Michael Faraday comprovou experimentalmente o efeito da Blindagem

Eletrosttica colocando-se dentro de uma gaiola metlica, totalmente

eletrizada, e pde comprovar que devido ao fato do campo eltrico ser nulo em

seu interior, ele no sofreu com os fenmenos eltricos exteriores da gaiola

(Site 2).

5. CONCLUSO

Com a realizao do experimento pode-se confirmar que partculas

com cargas iguais se repelem e partculas com cargas opostas se atraem.

Observou-se que no eletroscpio de folhas, houve induo de cargas no

sistema e a folha metlica se afastou da haste por possuir cargas positivas.

Alm disso, observou-se que as placas do capacitor possuam polaridades

diferentes, a placa da esquerda possua cargas positivas e a da direita, cargas

negativas.

Percebeu-se ainda no caso da vela, que a chama voltou-se para o lado

da placa com polaridade negativa, ou seja, a direo do campo eltrico gerado

pelo capacitor era em direo a placa negativa. Outra observao foi que o

campo eltrico externo no atuou sobre a chama vela quando a mesma foi

submetida a uma blindagem.

No sistema contendo o torniquete eltrico observou-se que os fios

metlicos comearam a girar com fora e velocidade, gerando o chamado

vento eltrico. Isso se deve a 3a Lei de Newton. Por fim pode-se observar que a

densidade eltrica sempre maior nas pontas do que nas regies no

pontudas, assim como a intensidade do campo eltrico.

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REFERNCIAS

ESPINOZA, F.R Prtica: Cargas e induo eltrica. Toledo, 2013.

(SITE 1): O gerador. Disponvel em: Acesso em: 15/09/2013.

(SITE 2): Eletrosttica. Disponvel em:

Acesso em: 15/09/2013.

(SITE 3): Introduo eletrosttica. Disponvel em:

Acesso em: 15/09/2013.

http://ciencia.hsw.uol.com.br/geradores-van-de-graaff2.htmhttp://ciencia.hsw.uol.com.br/geradores-van-de-graaff2.htmhttp://www.ufjf.br/fisicaecidadania/conteudo/eletromagnetismo/eletricidade/eletrostatica/http://www.ufjf.br/fisicaecidadania/conteudo/eletromagnetismo/eletricidade/eletrostatica/