FUCAPI – FUNDAÇÃO CENTRO DE ANÁLISE, PESQUISA E INOVAÇÃO TECNOLÓGICA.

CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA DIGITAL.

HAMILY NEVES DE SOUZA

JENILSON BRAZ LOPES

MAICON DE OLIVEIRA GAMA

ORILANE FRANCO RODRIGUES

EXPERIÊNCIAS SOBRE FENÔMENOS ELETROSTÁTICOS:

MINI GERADOR DE VAN DE GRAAFF.

MANAUS – AM

2012

HAMILY NEVES DE SOUZA

JENILSON BRAZ LOPES

MAICON DE OLIVEIRA GAMA

ORILANE FRANCO RODRIGUES

EXPERIÊNCIAS SOBRE FENÔMENOS ELETROSTÁTICOS:

MINI GERADOR DE VAN DE GRAAFF.

Trabalho Escrito do seminário sobre fenômenos

Eletrostáticos, da matéria Eletricidade e magnetismo,

do curso Técnico em eletrônica digital da FUCAPI,

Turma TAE1

Prof: Aron Najar

Manaus – AM

2012

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO……………………………………………………………………………….4

FUNCIONAMENTO DE UM GERADOR DE VAN DE GRAAFF………………………....5

ESTRUTURA DE UM GERADOR DE VAN DE GRAAFF....................................................6

O MINI GERADOR DE VAN DE GRAAFF:

Materiais e Passo á passo da montagem..........................................................................7

Experimentos.................................................................................................................10

CONCLUSÃO..........................................................................................................................12

REFERÊNCIAS........................................................................................................................13

INTRODUÇÃO

A eletrostática (do grego eletro + statikos, estacionário) é o ramo da física que estuda as propriedades e o comportamento de cargas elétricas em repouso, ou que estuda os fenômenos do equilíbrio da eletricidade nos corpos que de alguma forma se tornam carregados de carga elétrica, ou eletrizados.

Ou Seja, a Eletrostática é o estudo dos fenômenos elétricos resultantes das cargas elétricas em repouso.

A Eletrostática já era conhecida na Grécia Antiga. No entanto, os primeiros estudos experimentais que levaram à compreensão dos fenómenos elétricos só se iniciaram nos finais do século XVI pelas mãos do médico inglês William Gilbert e foram continuados no século XVII por outros cientistas curiosos de compreender os fenómenos de atração de uns corpos por outros previamente fricionados.

De fato, uma das formas de "produzir" eletricidade é fricionar certos corpos (eletrização por atrito).

E com base nessa ideia, iremos desenvolver nossos estudos e experimentos sobre a eletrostática.

Um desses tais “cientistas curiosos” foi o engenheiro, estado-unidense descendente de holandeses, Robert Jemison Van de Graaff. Este que com todos os seus estudos sobre eletrostática, desenvolveu por volta do ano de 1929, uma máquina eletrostática chamada de Gerador de Van de Graaff.

Versões pequenas do gerador de van de graff são freqüentemente vistas em demonstrações sobre eletricidade. E dessa forma o trabalho será desenvolvido. Produziremos uma dessas pequenas versões do gerador.

O FUNCIONAMENTO DE UM GERADOR DE VAN DE GRAAFF.

Van de Graaff inventou o gerador que levou seu nome em 1931, com o propósito de produzir uma diferença de potencial muito alta (da ordem de 20 milhões de volts) para acelerar partículas carregadas que se chocavam contra blocos fixos. Os resultados das colisões nos informam das características dos núcleos do material que constituem o bloco.

O gerador de Van der Graaff é um gerador de corrente constante, enquanto que a bateria é um gerador de voltagem constante, o que varia é a intensidade dependendo de quais os aparelhos que são conectados.

O gerador básico com excitação por atrito é bem simples, composto por uma correia de material isolante, dois roletes, uma cúpula de descarga, um motor, duas escovas ou pentes metálicos e uma coluna de apoio. Os materiais mais usados para são o acrílico ou o PVC. Os roletes são de materiais diferentes, ao menos um deles condutores(como Teflon e alumínio), para que se eletrizem de forma diferente devido ao atrito de rolamento com a correia. O motor gira os roletes, que ficam eletrizados e atraem cargas opostas para a superfície externa da correia através das escovas. A correia transporta essas cargas entre a terra e a cúpula. A cúpula faz com que a carga elétrica, que se localiza no exterior dela, não gere campo elétrico sobre o rolete superior; Assim cargas continuam a ser extraidas da correia como se estivessem indo para terra.

O terminal pode atingir um potencial de vários milhões de Volts, no caso dos grandes geradores utilizados para experiências de física atômica, ou até centenas de milhares de Volts nos pequenos geradores utilizados para demonstrações nos laboratórios de ensino.

Geradores profissionais utilizam sistemas eletrônicos, para depositar carga na correia, eliminando assim as instabilidades de desempenho causadas pela excitação por atrito e permitindo regulação precisa da tensão obtida. A operação dentro de câmaras de alta pressão contendo gases especiais permite maior densidade de carga na correia sem ionização, aumentando a corrente que carrega o terminal.

ESTRUTURA DO GERADOR DE VAN DE GRAAF

Na figura, é mostrada um esquema do gerador de Van der Graaff. Um condutor metálico oco A de forma aproximadamente esférica, está suspenso por suportes isolantes de plástico, atornilados em um pé metálico C conectado a terra. Uma correia ou cinta de borracha (não condutora) D se move entre duas polias E e F. A polia F é acionada mediante um motor elétrico.

Duas hastes G e H são feitos de fios condutores muito finos, estão situados a altura do eixo das polias. As pontas das hastes estão muito próximas porem não tocam a cinta.

O ramo esquerdo da cinta transportadora se move para cima, transporta um fluxo contínuo de carga positiva para o condutor oco A. Ao chegar a G e devido a propriedade das pontas é criado um campo suficientemente intenso para ionizar o ar situado entre a ponta G e a cinta. O ar ionizado proporciona o meio para que a carga passe da cinta a ponta G e a seguir, ao condutor oco A, devido a propriedade das cargas que são introduzidas no interior de um condutor oco.

O MINI GERADOR DE VAN DE GRAAFF

MATERIAIS UTILIZADOS:

1 lata de refrigerante vazia 1 eixo de aço 1 fita de borracha extraída de um luva de borracha. 1 motor de 12 volts 24A 1 conexão "T" de PVC, 32mm marrom 1 luva de PVC, 32 mm 1 tubo de PVC marrom de 32mm 1 plugue de PVC de 32mm 1 haste de alumínio para proporcionar atrito na correia, Borracha para fixar a cúpula do gerador. Fio de cobre encapado flexível (escova) Madeira (MDF) para a base do gerador. 1 fonte de alimentação (Bateria de 12V e 24Amperes) Furadeira, serra, alicate, tesoura e etc...

PASSO Á PASSO DA MONTAGEM:

Primeiramente foi feito uma base de madeira, e nela foi fixado o plugue para montar o gerador nessa base.

Em seguida, separamos o motor de 12 volts e o “T” de PVC de 32mm. Encaixamos o motor, na abertura da horizontal do “T”, de modo que o rolete ficasse

para o lado de dentro do cano.

O próximo passo foi encaixar um pedaço do cano de PVC, neste foi feito um pequeno corte para acoplar a haste de ferro que fará o atrito com a correia.

Nesse pedaço de PVC foi conectado a luva de 32 mm que foi furada e acoplado um segundo rolete de aço.

Em seguida cortamos uma tira da luva de borracha para servir como correia e então a encaixamos dentro do PVC, vindo do rolete inferior que sai do motor e foi até o rolete superior encaixado na luva de PVC.

Logo após essa etapa preparamos a base para segurar a lata ( previamente lixada ) na estrutura do gerador.

Usamos uma esponja tipo isopor e passamos por seu interior, o fio para servir de escova e contado com a lata. Desta forma:

Assim encaixamos a lata na estrutura de PVC, mantendo o contato da correia com a cúpula de latinha.

E pronto, com esse último passo, finalizamos a montagem do gerador de Van de Graaff.

Este, no momento dos testes, foi alimentado por uma bateria automotiva, ao qual, fomos muito bem sucedidos.

EXPERIMENTOS:

Após o mini gerador de Van de Graaff pronto, foram feitos alguns testes.

Experimento 1.

Preparamos um pequeno pêndulo usando uma linha fina de Nylon e um pedacinho de alumínio.

Quando aproximamos o pêndulo do gerador ele é imediatamente atraído pela cúpula que no momento estava eletrizada.

Experimento 2.

Aproximamos do gerador, uma parte do corpo que contém pêlos, e claramente os pelos foram atraídos pelo campo eletrostático formado pelo gerador de Van de Graaff.

Experimento 3.

Colamos pedaços leves de papel do gerador, e eles ficaram “ouriçados”, tocamos na cúpula e imediatamente esses papeis pararam de se movimentar.

Ou seja, a energia que estava sendo descarregada para a ponta do papel, percorreu nosso corpo e funcionamos como aterramento para descarregar os elétrons.

CONCLUSÃO

Os resultados foram quase todos os esperados. Na prática, os experimentos apresentaram resultados iguais aos apresentados na teoria, porém em uma intensidade um pouco reduzida.

O mini gerador funcionou o suficiente para por em prática os testes já citados antes, e com isso foi possível compreender o funcionamento dos geradores utilizados para acelerar partículas atômicas. O campo elétrico formado também pôde ser percebido com clareza, principalmente na experiência com o efeito de atração dos pelos do corpo.

Os objetivos foram totalmente atingidos, visto que toda a teoria pode ser provada de maneira que não deixasse dúvidas.

Referências

Fonte 1: http://www.feiradeciencias.com.br/sala11/11_49.asp

Fonte 2: http://www.feiradeciencias.com.br/sala11/11_03.asp