Eletrostática - eletrização

Eletrostática - eletrização

FÍSICA III

EXPERIMENTO N° 01

ELETROSTÁTICA - ELETRIZAÇÃO

Professor: Juscelino

Nome RGM

Cristian Luiz da Silva 59973

Thiago Augusto Kato Assis 63814

Período: 3º Turma: A Curso: Química Bel

1. Objetivo

Estudar a eletrização por atrito, por contato e por indução.

2. Introdução

Neste relatório, temos como objetivo comprovar as características condutoras de diversos meios. Para isso, veremos o comportamento de um Pêndulo Eletrostático e de um Eletroscópio de Lâminas Paralelas.

2.1 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 forma cristalina pura tornando-se excelentes condutores quando apenas um átomo em 10 milhões é substituído por uma impureza, que adiciona ou retira elétrons da estrutura cristalina. Materiais que podem se comportar algumas vezes como isolantes e algumas vezes como condutores são chamados de semicondutores. Camadas finas de materiais semicondutores empilhadas juntas formam os transistores, usados para controlar o fluxo de corrente em circuitos, detectar e amplificar sinais de rádio e produzir oscilações elétricas em transmissores; atuam também como chaves digitais.

Um condutor oferece apenas uma pequena resistência ao fluxo de carga elétrica. Um isolante oferece uma resistência muito maior. Notavelmente, a temperaturas suficientemente baixas, determinados materiais adquirem resistência nula (ou condutividade infinita) ao fluxo de carga. Esses são os materiais supercondutores. Uma vez que a corrente elétrica tenha sido estabelecida num supercondutor, ela fluirá indefinidamente. Sem resistência elétrica alguma, a corrente passa pelo material sem sofrer perda de energia: nenhum aquecimento ocorre durante o fluxo da carga. A supercondutividade em metais próximos ao zero absoluto foi descoberta em 1911por Kammerlingh Onnes que a observou no mercúrio sólido (à temperatura de 4,2 K). Em 1987, foi descoberta a supercondutividade em"altas" temperaturas (acima de 100 K) num composto não-metalico. Recentemente, materiais supercondutores são alvos de intensas pesquisas tanto em baixas como em altas temperaturas. Os potenciais de aplicações incluem transmissão de energia a grandes distâncias sem perdas e veículos de alta velocidade magneticamente levitados, para substituir os trens.(1)

2.2 Processos de Eletrização

Eletrizar um corpo eletricamente neutro é tornar diferente o número de cargas positivas do número de cargas negativas. Isso só é possível acrescentando ou retirando elétrons do corpo, tendo em vista que as cargas positivas, das quais os prótons são os portadores, encontram-se no núcleo dos átomos sendo impossível movimentá-las. São três as maneiras pelas quais é possível eletrizar um corpo eletricamente neutro:

  • por atrito

  • por contato

  • por indução

2.2.1 Eletrização por Atrito

  Ao atritarmos dois corpos de substâncias diferentes, inicialmente neutros, haverá a transferência de elétrons de um para o outro, de modo que um estará cedendo elétrons, ficando eletrizado positivamente, ao passo que o outro estará recebendo elétrons ficando eletrizado negativamente.

A eletrização por atrito é mais intensa entre corpos isolantes do que entre condutores, pois nos isolantes as cargas elétricas em excesso permanecem na região atritada, ao passo que nos condutores, além de se espalharem por todo ele, há uma perda de carga para o ambiente.

2.2.2 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.

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)

2.2.3 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)

2.3 Ligação Terra

Ligação terra é um condutor elétrico (fio) cuja função é conectar à Terra todos os dispositivos que precisarem utilizar seu 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)

2.4 Eletroscópio de Folhas

O eletroscópio é um aparelho que se destina a indicar a existência de cargas elétricas, ou seja, identificar se um corpo está eletrizado. Os eletroscópios mais comuns são o pêndulo eletrostático e o eletroscópio de folhas.

O eletroscópio de folhas é composto por uma garrafa transparente isolante, fechada por uma rolha igualmente isolante, contendo na parte de cima, uma esfera metálica. No interior, duas finíssimas folhas metálicas, de ouro ou de alumínio. Se o eletroscópio estiver neutro, suas folhas estarão abaixadas. A aproximação de um corpo carregado à esfera superior induz cargas no sistema, e as folhas se separam, por possuírem cargas de mesmo sinal. Se esse corpo carregado tocar a esfera superior, o eletroscópio também ficará eletricamente carregado.

2.5 Pêndulo Eletroscópio

O Pêndulo eletrostático é formado por um suporte, uma base isolada que não conduz corrente elétrica e por um fio de seda com uma esfera metálica pendurada. Eletriza-se a esfera com determinada carga positiva ou negativa e aproxima-se o corpo o qual se deseja saber a carga. Se, por exemplo, a bola for eletrizada positivamente, aproxima-se dela o material com carga desconhecida. Se esta esfera atrair-se para o corpo este estará eletrizado negativamente; se ao contrário, a esfera repelir-se, o corpo estará eletrizado positivamente.

É feito de materiais como:

- canudos de plástico (tipo de refrigerante);

- um fio de meia de nylon feminina;

- 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.

3. Descrição dos Experimentos

Para a realização dos experimentos utilizamos os seguintes materiais:

  • Bastão de Vidro;

  • Bastão de Plástico;

  • Canudinho;

  • Um Pêndulo Eletrostático;

  • Um Eletroscópio de Folhas.

2.1 – Eletroscópio de Lâminas Paralelas

Para este experimento, um tubo de plástico foi atritado com um pedaço de pano, e em seguida , encostado no eletroscópio, o procedimento foi repetido para o bastão de vidro.

2.2 – Pêndulo Eletrostático

Para este experimento, um tubo de plástico foi atritado com um pedaço de pano, e em seguida , encostado no pêndulo, anotando assim, o ângulo de deslocamento máximo, o procedimento foi repetido para o bastão de vidro.

4. Resultados Obtidos

4.1 Pêndulo Eletrostático

No Pendulo Eletrostático nota-se que quando a esfera de isopor do pêndulo foi tocada pelo bastão de plástico, a mesma foi atraída pelo bastão formando um ângulo, calculando assim a força eletrostática usando a formula descrita abaixo. Logo após a esfera tocar o gerador, ela fica positivamente eletrizada repelindo-se do gerador. Nota-se também que, após alguns segundos de retornarmos a esfera para as condições naturais da atmosfera, ela neutraliza-se novamente.

Cálculo da força elétrica:

Onde:

FE é a força eletrostática,

P é o peso da esfera e

α é o ângulo de defrexão do pendulo.

m = 0,196 g

4.2 Eletroscópio de Lâminas Paralelas

Notamos que no eletroscópio de lâminas paralelas há um repelimento das folhas de alumínio por conduzir pelo fio ate as folhas cargas de mesmo sinal.

5. Conclusão

5. Referências Bibliográficas

(1)http://portofsica.blogspot.com/2008/03/condutores-e-isolantes-semicondutores-e.html (acessado em 12/04/2010)

(2)http://www.aulasparticulares.org/material-de-apoio/fisica/eletromagnetismo/processos-de-eletrizacao (acessado em 12/04/2010)

(3)http://www.efeitojoule.com/2008/06/eletrizacao-por-inducao-no-vestibular.html (acessado em 12/04/2010)

(4)http://pt.wikipedia.org/wiki/Terra_(eletricidade) (acessado em 12/04/2010)

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