RELATORIO VAN DE GRAAF - Fisica III

RELATORIO VAN DE GRAAF - Fisica III

(Parte 1 de 3)

UNIVERSIDADE PRESIDENTE ANTÔNIO CARLOS FACULDADE DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS DE CONS. LAFAIETE Curso: ENGENHARIA DE SEGURANÇA DO TRABALHO

Conselheiro Lafaiete 2009

UNIVERSIDADE PRESIDENTE ANTÔNIO CARLOS FACULDADE DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS DE CONS. LAFAIETE Curso: ENGENHARIA DE SEGURANÇA DO TRABALHO

Relatório de Física referente à aula prática em laboratório, ministrada pela professora Elizabeth Rodrigues, sobre campo elétrico, distribuição de cargas e poder das pontas através de experimento com o gerador de Van de Graaff.

3º Período – Engenharia de Segurança do Trabalho

ANDRÉ GERALDO EVANGELISTA – Nº. Mat.:091-014309

FABIANA DA SILVA – Nº. Mat.: 082-003649 RENATA PRISCILA FONSECA RIBEIRO – Nº. Mat.:082-000923

Conselheiro Lafaiete, 21 de outubro de 2009. f

1 INTRODUÇÃO4
a) Objetivos4
b) Fundamentos teóricos4
2 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS:1
2.1 – Procedimento I: Distribuição das Cargas Elétricas nos Corpos1
2.2 – Procedimento I: O Poder das Pontas13
2.3 – Procedimento I: Linhas de força em um campo elétrico14
2.4 – Procedimento IV: Descarga em gases a alta pressão17
3 CONCLUSÃO20

1 INTRODUÇÃO

No dia 14 de outubro de 2009, sob a orientação da professora Elizabeth Rodrigues, realizamos no laboratório da Universidade Presidente Antônio Carlos em Conselheiro Lafaiete a primeira aula experimental de física I.

a) Objetivos

Demonstrar visualmente a existência das linhas de força através do mapeamento de campo elétrico gerado pela produção de uma tensão com um gerador de Van de Graaf excitando eletrodos de formatos diferentes, interpretando o comportamento do campo elétrico nas proximidades de dois eletrodos de formatos diferentes configuração das linhas de forças entre eletrodos de formatos diferentes e Interpretar o comportamento do campo elétrico nas proximidades de dois eletrodos de formatos diferentes.

b) Fundamentos teóricos

Gerador de Van de Graaff Robert Van de Graaff (1901-1967), físico Americano, foi o criador do instrumento. Ele construiu o primeiro destes geradoresr 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.

Figura 1: Robert J. Van de Graaff e uma das primeiras versões do Gerador Van de Graaff

O gerador de Van de 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 Van de Graaff é uma máquina que utiliza uma Correia Móvel para acumular Tensão Eletrostática muito alta na cavidade de uma Esfera de Metal. O gerador eletrostático tipo Van de Graaff, tem capacidade para 200 kV, sua esfera tem 18 cm de diâmetro, é removível e dispõe de conexões para aterramento. A sustentação é construída em acrílico e possui articulação na ligação com a base, mede 45 cm de altura. A correia de borracha tem 6 cm de largura e se movimenta sobre 04 polias (19 m de diâmetro), acionada por um motor elétrico de 1/8 de HP funcionando em 110 ou 220 V, conforme a sua rede local de energia e é munido de controle eletrônico da velocidade de rotação do motor. O conjunto está fixado em uma base metálica cujas dimensões são (40x30x2)cm. O conjunto é integrado por uma cuba de vidro, 7 eletrodos, 2 fixadores de eletrodos, 2 cabos de ligações e torniquete eletrostático.

Partes do Gerador:

a) Esfera de alumínio polido b) Polias c) Conexão na esfera d) Escova superior e) Correia de borracha f) Escova metálica intermediária g) Polia de acrílico

h) Conexão de fio terra (inferior) i) Escova metálica inferior

Figura 2: Gerador de Van de Graaff No gerador eletrostático, uma correia isolante recebe cargas superficiais que passam a ser transportadas a outro eletrodo, onde são removidas (como uma escada rolante transporta pessoas). Caracterizando-se assim uma corrente elétrica suficiente para gerar uma voltagem elevada por um curto período de tempo. O gerador eletrostático (Van de Graaff) pode ser entendido como uma esfera metálica isolada da terra que é permanentemente carregada

(positiva ou negativamente) através desta correia., Por sua vez, esta correia, é carregada pelo atrito entre a polia e a correia (como se alguém continuamente esfregasse um bastão de plástico em um pedaço de feltro e encostasse o bastão na correia). Em pequenos geradores como este, a diferença de potencial é da ordem de KV (Quilovolt), enquanto que nos grandes aceleradores ela pode ultrapassar 10 MV.

Potencial elétrico – superfície equipotencial - é a propriedade com que um corpo energizado tem de conseguir realizar trabalho, ou seja, atrair ou repelir outras cargas elétricas. Com relação a um campo elétrico interessa-nos a capacidade de realizar trabalho, associada ao campo em si, independentemente do valor da carga q colocada num ponto desse campo. Para medir essa capacidade, utiliza-se a grandeza potencial elétrico. Para obter o potencial elétrico de um ponto, coloca-se nele uma carga de prova q e mede-se a energia potencial adquirida por ela. Essa energia potencial é proporcional ao valor de q. Portanto, o quociente entre a energia potencial e a carga é constante. Esse quociente chama-se potencial elétrico do ponto.

Campo elétrico - linha de força - Um campo eléctrico é o campo de força provocada por cargas eléctricas (eletrons, protons ou ions) ou por um sistema de cargas. Cargas eléctricas num campo eléctrico estão sujeitas a uma força eléctrica. A fórmula do campo eléctrico é dada pela relação entre a força eléctrica F e a carga de prova q

O conceito de Campo Elétrico pode ser obtido a partir da Lei de Coulomb:

Onde K é a constante de Coulomb. No referencial da carga q1 temos:

No vácuo e no SI, K0 =

7 Ou seja, para uma carga puntiforme, a expressão para o campo elétrico obtém a forma:

Também é possível calcular o campo elétrico a partir da diferença de potencial:

A expressão acima diz que o campo elétrico tem sentido da direção de maior potencial para menor potencial.

A figura abaixo representa a expressão acima para uma carga positiva e uma carga negativa.

Figura 3: Representação vetorial do campo de uma carga puntiforme positiva e negativa

Características das Linhas de Campo Elétrico. Define-se campo elétrico como uma alteração colocado no espaço pela presença de um corpo com carga elétrica, de modo que qualquer outra carga de prova localizada ao redor indicará sua presença. Através de curvas imaginárias, conhecidas comumente pelo nome de linhas de campo, visualiza-se a direção da força gerada pelo corpo carregado. As características do campo elétrico são determinadas pela distribuição de energias ao longo de todo o espaço afetado. Se a carga de origem do campo for positiva, uma carga negativa introduzida nele se moverá, espontaneamente, pela aparição de uma atração eletrostática. Pode-se imaginar o campo como um armazém de energia causadora de possíveis movimentos. É usual medir essa energia por referência à unidade de carga, com o que se chega à definição de potencial elétrico, cuja magnitude aumenta em relação direta com a quantidade da carga geradora e inversa com a distância dessa mesma carga. A unidade de potencial elétrico é o volt, equivalente a um Coulomb por metro. A diferença de potenciais elétricos entre pontos situados a diferentes distâncias da fonte do campo origina forças de atração ou repulsão orientadas em direções radiais dessa mesma fonte.

A intensidade do campo elétrico se define como a força que esse campo exerce sobre uma carga contida nele. Dessa forma, se a carga de origem for positiva, as linhas de força vão repelir a carga de prova, e ocorrerá o contrário se a carga de origem for negativa.

Algumas características do Campo Elétrico são: 1. Tem natureza vetorial.

2. Tem em um dado ponto do espaço, direção da linha que une a carga ao ponto, e sentido divergente (para cargas positivas) e convergente (para cargas negativas). 3. Tem módulo proporcional ao valor da carga e, inversamente proporcional ao quadrado da distância do ponto à carga (para cargas pontuais). 4. É medido, no SI, em Newton por Coulomb.

Processos de Eletrização Existem três tipos de Eletrização de corpos: 1- Eletrização por Atrito Tem-se a eletrização por atrito quando atrita-se dois corpos . Ex.: pegando-se um canudinho de refrigerante e atritando-o com um pedaço de papel (pode ser higiênico); observa-se através de experimentos que ambos ficam carregados com a mesma quantidade de cargas , porem de sinais contrários.

Figura 4: Eletrização por atrito

2- Eletrização por Contato Quando dois corpos condutores entram em contato, sendo um neutro e outro carregado, observa-se que ambos ficam carregados com cargas de mesmo sinal. Ex.: tendo-se um bastão carregado e uma esfera neutra inicialmente, ao tocar-se as esfera com este bastão verifica-se que a esfera adquire a carga de mesmo sinal daquela presente no bastão.

Figura 5: Eletrização por contato

3 - Eletrização por Indução A indução ocorre quando se tem um corpo que esta inicialmente eletrizado e é colocado próximo a um corpo neutro. Com isso, a configuração das cargas do corpo neutro se modifica de forma que as cargas de sinal contrário a do bastão tendem a se aproximar do mesmo. Porém, as de sinais contrários tendem a ficar o mais afastadas possível. Ou seja, na indução ocorre a separação entre algumas cargas positivas e negativas do corpo neutro ou corpo induzido.

Figura 6: Eletrização por indução

2 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS:

2.1 – Procedimento I: Distribuição das Cargas Elétricas nos Corpos

Material necessário:  Gerador eletrostático;

 Controlador de velocidade;

 Cuba de vidro;

 Tiras de papel laminado;

 2 cabos de ligação;

 Fita adesiva;

 Torniquete eletrostático.

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