Gerador de Van Der Graff

Gerador de Van Der Graff

(Parte 1 de 2)

José Junior

GERADOR DE VAN DER GRAAF

Projeto de Pesquisa apresentado como exigência parcial para o curso de Engenharia da Universidade Nove de Julho (UNINOVE).

Orientador: Professor José Junior

UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO

SÃO PAULO – 2010

José Junior

GERADOR DE VAN DER GRAAF

Nome: ADRIANO CORREIA LIMA RA: 2209102461

Nome: ADRIANO MONZANI RA: 2209104682

Nome: ALEX ROCHA GOMES RA: 2209101280

Nome: LEONARDO P. DA SILVA RA: 2209102291

Nome: LEONARDO TADEU RA: 2209100682

UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO

SÃO PAULO – 2010

SUMÁRIO

Lista de Fotos e Figuras pág. 1

Objetivo pág. 2

Introdução Teórica pág. 3

Problematização pág. 6

Hipótese pág. 7

Justificativa pág. 8

Metodologia pág. 9

Cronograma pág. 10

Desenhos e Fotos pág. 11

Lista de Materiais Utilizados e custo pág. 13

Cálculos pág. 14

Descrição dos testes realizados no Gerador pág. 15

Conclusão pág. 17

Bibliografia pág. 18

AGRADECIMENTOS

Queríamos dedicar este trabalho a todas as pessoas que nos ajudaram na realização deste projeto, (Prof. Junior, Rodolfo, Laércio, Darcy e Ricardo Alexandre) por ter nos ajudado na concretização do mesmo, e em especial aos nossos familiares que por muitas vezes foram privados de nossa presença em momentos especiais.

LISTA DE FOTOS E FIGURAS

Figura 1- Exemplo Gerador de Van der Graaf Pág.- 5..

Foto 1 – Foto interna do gerador Pág.-11.

Foto 2 – Foto do gerador totalmente acabado. Pág.-11.

Figura 2- Croqui do gerador em Perspectiva isométrica. Pág.-12.

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OBJETIVO

Demostrar através de um projeto o funciomento da energia estática, para isto utilizaremos o gerador de VAN DER GRAAF. Com a intenção de gerar um campo elétrico, demostrando os fatores envolvidos para a sua existência tais como: eletrização por atrito, transportes de cargas elétricas, potencial elétrico.

INTRODUÇÃO TEÓRICA

A Energia estática é a carga elétrica de um corpo cujos átomos apresentam um desequilíbrio em sua neutralidade. A eletrostática é o ramo da eletricidade que estuda os comportamentos e as propriedades das cargas elétricas em repouso em um corpo que de alguma forma ficou eletricamente carregado, também denominado de eletrizado. O fenômeno da eletricidade estática ocorre quando os átomos de um determinado corpo perdem ou ganham elétrons, ficando dessa forma carregado positivamente ou negativamente. O estudo da eletrostática teve início com Tales de Mileto no século VI a.C. Tales fez experimentos com o âmbar, uma resina amarelada, com o intuito de explicar o fenômeno da atração que ocorria com o material. Os gregos, também no século VI, utilizavam o âmbar como meio para atrair pequenos objetos como, por exemplo, pedaços de palha. Os gregos atritavam o âmbar com um pedaço de pano, dessa forma ele atraía os objetos.

Tales deu início aos estudos da eletrostática, no entanto foi Coulomb que realizou estudos sistemáticos e quantitativos da estática, demonstrando que atração e repulsão entre as cargas elétricas são inversamente proporcionais ao quadrado da distância entre elas.

O estudo da eletrostática é dividido em três partes, que correspondem aos tipos de eletrização. São elas: eletrização por atrito, eletrização por contato e eletrização por indução.

Eletrização por Atrito:

Pode-se eletrizar um corpo atritando-o á outro, fazendo com que um deles perca elétrons, e consequentemente deixando-o com carga elétrica (positiva ou negativa).

As cargas dos corpos eletrizados desse modo possuem carga de sinais opostos.

Um exemplo é quando passamos um pente várias vezes no cabelo, o pente fica carregado, podemos perceber isso o aproximando a pequenas partículas de papel. Funciona com qualquer coisa de plástico que se esfrega no cabelo.

Eletrização por Contato:

Ao se pegar um corpo eletrizado e encostá-lo em um neutro, este cede uma parte de sua carga ao corpo neutro, deixando-o com carga de mesmo sinal que o primeiro. Suponhamos que uma das esferas seja a esfera "A" e a outra, esfera "B", digamos que a esfera "A" está eletrizada negativamente e a esfera "B" está neutro, ao entrarem em contato, os elétrons em excesso na esfera "A", espalham-se pelo conjunto. Assim, "A" continua negativa, mas com um menor número de elétrons em excesso e "B", que estava neutro inicialmente, eletriza-se negativamente. Logo, como as duas esferas estão eletrizadas com cargas de mesmo sinal elas se repelem saindo do contato.

Mas, se considerarmos as esferas "A" e "B" como condutores de mesmas dimensões, após o contato eles terão cargas iguais.

(QA + QB)/2

Eletrização por Indução:

Na eletrização por atrito e por contato, há obrigatoriamente a necessidade do contato físico entre os corpos. Na eletrização por indução isso já não é necessário e é por isso que esse processo recebe esse nome.Quando 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 só depois afastar o corpo A. Temos então que o corpo B fica negativamente eletrizado. Este processo é chamado de eletrização por indução.

E foi com estes conceitos que montamos o nosso gerador de VAN DER GRAAF, que constitui – se em uma maquina eletrostática, que foi inventada por Robert Jemison Van der Graaf por volta de 1929. A maquina foi logo usado em física nuclear, para produzir tensão muito elevadas, desta forma empregada em aceleradores de partículas.

O gerador básico com excitação por atrito é 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 coluna são o acrílicoou o PVC. Os roletes são de materiais diferentes, ao menos um deles isolante, 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 continuem a ser extraidas da correia como se estivessem indo para terra, e tensões muito altas são facilmente alcançadas.

Exemplo básico de um GERADOR DE VAN DER GRAAF:

Figura 1- Gerador de Van der Graaf.

PROBLEMATIZAÇÃO

Quais cuidados devemos tomar para que consigamos gerar eletricidade estática, sabendo se que em nosso projeto do gerador o fator chave é a isolação?E como transportar da melhor maneira as cargas para o funcionamento correto do gerador?

HIPÓTESE

Ao falar de eletricidade estática um dos primeiros fatores que devemos ter cuidado é com as pontas e cantos afiados, pois caso tenha alguma ponta afiada, a mesma usará como ponto de descarga e sangrará a carga do domo de descarga. Outro fato bastante interessante é que todos os tipos de substância podem causar contaminação [sujeira, sabão, tintas (algumas podem ser condutoras e acaba furando a isolação)]. Essas são causas suficientes para que um gerador pare de funcionar. Se precisar limpar algo existe uma solução que pode ser feita através de água e amônia, limpa e não interfere no funcionamento do gerador.

Alertamos também que muitos plásticos e borrachas (feitas com matérias da cor preta). Possui Carbono. (para se tornar, mas resistente ao ozônio e evitar a deterioração do material), estes tipos de matérias não são viáveis para se utilizar no gerador, pois o carbono faz com que o material que teoricamente seria isolante torne-se um bom condutor de eletricidade estática. E essa foi uma das grandes dificuldades de transporte de carga. Pois tivemos que achar um material teoricamente isolante e que não tivesse presença de carbono para não atrapalhar o fucionameto correto do nosso gerador.

JUSTIFICATIVA

O fato de sabermos que um projeto que tem como, por exemplo, a finalidade arrepiar os cabelos da cabeça, queríamos entender o porquê acontece tal fenômeno, pois a muitos fatores envolvidos,como transportes de carga elétrica, permissividade do ar e área da cúpula,formando assim o campo elétrico.

Montando e realizando testes, percebemos a interatividade desses fatores físicos, o que atrapalhava a parte favorável, para atingirmos nosso objetivo.

METODOLOGIA

O primeiro método utilizado pelo grupo para a montagem e concretização do projeto foi, pesquisar como funcionava o gerador de Van der Graaf, quais materiais iríamos utilizar para a realização do projeto. Quais testes íamos fazer ao montar o nosso projeto e como calcular e obter a carga desejada.

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