Baixe Relatório de Laboratório de Física e outras Provas em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! Escola de Engenharia de Piracicaba – EEP Engenharia Mecânica Noturno Laboratório de Física II – Turma II Profº Dr. Julio César Martins de Oliveira 1º Relatório: 200080233 Thiago William Tonin 200080239 William Roberto Cardenas 200080123 Kauê Alencar 202060760 Giancarlo Sartori Piracicaba, 05 de setembro de 2009. 1. Introdução Neste relatório, temos como objetivo comprovar as características condutoras de diversos meios. Para isso, veremos quais materiais são condutores, isolantes, semi-condutores e supercondutores, bem como analisar os Processos de Eletrização, as Ligações Terra, os Pára-raios, o Poder das Pontas, a Rigidez dielétrica de um meio e o comportamento de um Pêndulo Eletrostático e de um Eletroscópio de Folhas em função de um Gerador de Van der Graff. 1.2 Condutores, Isolantes, semi-condutores e supercondutores Estabelecer uma corrente elétrica em metais é fácil, pois um ou mais dos elétrons das camadas mais externas desses átomos não estão firmemente presos aos núcleos. Ao contrário, eles são praticamente livres para vagar pelo material. Tais materiais são chamados de condutores. Os metais são bons condutores de corrente elétrica pela mesma razão pela qual são bons condutores de calor. Os elétrons de suas camadas mais externas estão “frouxos”. Em outros materiais, borracha e vidro, por exemplo, os elétrons estão firmemente ligados e pertencem de fato a átomos individuais. Eles não são livres para vagar por entre os outros átomos do material. Consequentemente, não é fácil fazê-los fluir. Esses materiais são maus condutores de corrente elétrica pela mesma razão pela qual eles são normalmente maus condutores de calor. Esses materiais são chamados isolantes. Uma determinada substância pode ser classificada como condutora ou isolante, dependendo de quão fortemente seus átomos seguram os elétrons. Um pedaço de cobre é um bom condutor, enquanto um de madeira é um bom isolante. Certos materiais tais como o germânio e o silício, entretanto, não são bons condutores nem bons isolantes. Esses materiais caem no meio da faixa de resistividade elétrica, sendo condutores medíocres em sua 2 1.3.2 Eletrização por Contato Algumas vezes tomamos choque ao tocarmos a maçaneta da porta de um automóvel, ou um móvel de aço no qual não há nenhum tipo de instalação elétrica que pudesse justificá-lo. Esse fenômeno está relacionado com o processo de eletrização por contato. Consideremos uma esfera de metal eletrizada negativamente (esfera A) e uma outra esfera de metal eletricamente neutra (esfera B), como na figura1. Figura 1. Como o condutor A está eletrizado negativamente, todos os seus pontos estão com o mesmo potencial elétrico negativo ao passo que o condutor B tem potencial elétrico nulo, pois está eletricamente neutro. Ao estabelecermos o contato entre ambos através de um fio condutor, haverá passagem de cargas elétricas (elétrons livres) num único sentido (corrente elétrica) pelo fio, pois uma de suas pontas estará com o potencial elétrico negativo de A e a outra com o potencial nulo, ou seja, haverá uma diferença de potencial elétrico (ddp) nos terminais do fio. Os elétrons irão, espontaneamente, do menor potencial elétrico (negativo) para o maior potencial elétrico (nulo), ou seja, do condutor A para o condutor B mostrado na figura 2. 5 Figura 2. A cada elétron que A perde, seu potencial elétrico aumenta. O condutor B, por sua vez, a cada elétron que ganha, tem seu potencial elétrico diminuído. Essa troca de elétrons continuará acontecendo enquanto houver diferença de potencial elétrico nos terminais do fio, isto é, enquanto os potenciais elétricos de A e B forem diferentes. Quando os potenciais elétricos se igualarem, dizemos que se atingiu o equilíbrio eletrostático e o condutor B, que antes estava neutro, agora está eletrizado, cessando a troca de elétrons.(2) 1.3.3 Eletrização por Indução Dois corpos, A e B, sendo A positivamente eletrizado e B um corpo eletricamente neutro, são colocados próximos um do outro sem haver contato. As cargas positivas de A atraem as cargas negativas de B. Se aterrarmos o corpo B, as cargas elétricas negativas da terra vão se deslocar para o corpo B. Retirando o condutor que aterra o corpo B e só depois afastar o corpo A. Observamos então que o corpo B ficou negativamente eletrizado. Este processo é chamado eletrização por indução.(3) 1.4 Ligação Terra Ligação terra é um condutor elétrico (fio) cuja função é conectar à Terra todos os dispositivos que precisarem utilizar seu 6 potencial como referência ou valer-se de suas propriedades elétricas. O fio terra, uma vez que encontra-se sempre neutro e (teoricamente) presente em todo circuito elétrico, é sempre tomado como ponto de referência para a medida de potenciais, sendo a ele atribuído, então, o potencial de zero volts. A necessidade de tal referência fundamenta-se no fato físico de não haver, a rigor, sentido no termo "potencial elétrico de um ponto", pois, em Física, define-se apenas a diferença de potencial (ddp) entre dois pontos. Ao falar-se em potencial de um ponto subentende-se implicitamente a diferença de potencial entre o ponto em questão e um ponto de referência previamente escolhido, ao qual usualmente atribui-se o potencial de zero volts. A rigor qualquer ponto do circuito pode ser tomado como referência para a medida de potenciais dos demais pontos, mas visivelmente, o terra elétrico é, em praticamente todos os casos, a melhor opção.(4) 1.5 Pára-raios Os pára-raios são hastes metálicas ligadas por cabos condutores ao solo, colocadas nos telhados das residências de modo a criar um caminho por onde o raio possa passar em direção ao solo, sem causar danos. Pára-raios também são usados em barcos, torres de televisão e rádio e torres de transmissão e distribuição de energia elétrica.(5) 1.6 Poder das Pontas 7 - um grampo de cabelo ( ou pedaço de arame); - pedaço de papel aluminizado. Para preparar o pêndulo é necessário que corte o canudo ao meio, na extremidade de uma das partes prender o fio de nylon. Na ponta livre do fio, prender o papel aluminizado. Dobrar o grampo ou arame formando um ângulo de 90º, fixando cada canudo em cada extremidade do grampo. figura 3. 1.9 Gerador de Van der Graff É um dispositivo eletrostático que, através do movimento de uma correia, produz uma diferença de potencial elevada. O gerador funciona de seguinte forma: O atrito da correia faz com que um excesso de cargas de um determinado sinal sejam transportadas por ela. As cargas são retiradas da correia pelas pontes metálicas coletoras (pente) e, por indução, as cargas acumulam-se na superfície externa da cúpula.(8) 2. Descrição dos Experimentos 10 Para a realização dos experimentos utilizamos os seguintes materiais: • Quatro pilhas de 6v ligadas em série; • Uma bandeja; • Duas placas de metal; • Uma lâmpada; • Água, Sal e Açúcar; • Um grafite de lapiseira; • Dois cabos de Cobre; • Um Pêndulo Eletrostático; • Um Eletroscópio de Folhas e • Um Gerador de Van der Graff. 2.1 – Teste de Condutividade. Montamos um circuito elétrico constituído de uma bandeja com água pura, duas placas de metal dentro da bandeja, quatro pilhas de 6 V ligadas em série conectadas através dos cabos de cobre nas placas de metal e uma lâmpada . Aproximamos as placas de metal dentro da bandeja contendo apenas água pura, analisamos, depois adicionamos açúcar, analisamos e por ultimo adicionamos sal (NaCl) e analisamos novamente. Logo em seguida, retiramos os cabos das placas de metal e testamos as condutividades de alguns materiais na atmosfera como o alumínio, a madeira e o grafite. 2.2 – Gerador de Van der Graff 11 Na figura 4, é mostrado um esquema do gerador de Van der Graff. Um condutor metálico oco A de forma aproximadamente esférica, é 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, 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 à 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 à propriedade das cargas que são introduzidas no interior de um condutor oco. Figura 4. 2.3 – Pêndulo Eletrostático Ligamos o gerador de Van Der Graaff, carregando ele positivamente. Aproximamos o pêndulo eletrostático inicialmente neutro e observamos, como mostra a figura 5. 12 sendo que em um simples experimento com um circuito elétrico podemos comprovar essas características. Porém, devemos considerar o meio em que se encontra, notando que se mergulharmos em água alguns materiais, podemos mudar suas características de condutividades fazendo este virar um condutor. Isto se deve ao aumento da permissividade do meio, acarretando na mudança da força molecular do material. Já no experimento com o Gerador de Van der Graff, o pêndulo eletrostático e o eletroscópio de folhas, notamos claramente que o gerador conserva seu princípio de eletrização positiva, notando assim o carregamento positivo do pêndulo e depois sua repulsam, e no eletroscópio, o repelimento por ficarem carregadas com cargas de mesmo sinal os dois lados da folha de aluminio. 5. Referências Bibliográficas (1)http://portofsica.blogspot.com/2008/03/condutores-e-isolantes- semicondutores-e.html (2)http://www.aulasparticulares.org/material-de-apoio/fisica/ eletromagnetismo/processos-de-eletrizacao (3)http://www.efeitojoule.com/2008/06/eletrizacao-por-inducao-no- vestibular.html (4)http://pt.wikipedia.org/wiki/Terra_(eletricidade) (5)http://www.raios.com.br/htm/curiosidade.htm (6)http://br.geocities.com/jcc5001pt/museupoderdaspontas.htm (7)http://www.ufpa.br/ccen/fisica/aplicada/rigidez.htm (8)http://eros.ucs.br:7072/museu/ContainerMIIC/4 15 16