Campo elétrico. Lei gaussiana

ETAPA 1 (tempo para realização: 05 horas)

_ Aula-tema: Campo Elétrico. Lei de Gauss.

Essa atividade é importante para compreender a ação e a distância entre duas partículas sem haver uma ligação visível entre elas e entender os efeitos dessa partícula sujeita a uma força criada por um campo elétrico no espaço que as cerca.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Aluno)

Pesquisar em livros da área, revistas e jornais, ou sites da internet, notícias que envolvem explosões de fábricas que têm produtos que geram ou são à base de pó.

Sites sugeridos para pesquisa

• Explosão De Pó Em Unidades Armazenadoras E Processadoras De Produtos Agrícolas

E Seus Derivados Estudo De Caso. 2005. Disponível em:

<https: //docs.google.com/file/d/0Bx50NPmVz1UwUGcyMUExS3FlRnM/edit>.

Acesso em: 20 abr. 2012.

• Explosões. Disponível em:

<https: //docs.google.com/file/d/0Bx50NPmVz1UwNkVMM0NNeTlmOHc/edit>.

Acesso em: 20 abr. 2012.

• Atmosferas explosivas de pós: Todo cuidado é pouco. Disponível em:

<https: //docs.google.com/file/d/0Bx50NPmVz1UwU0d0cU13dFlsVlE/edit>.

Acesso em: 20 abr. 2012.

Passo 2 (Equipe)

Supor que o pó (produto) de sua empresa esteja carregado negativamente e passando por um cano cilíndrico de plástico de raio R= 5,0 cm e que as cargas associadas ao pó estejam distribuídas uniformemente com uma densidade volumétrica R. O campo elétrico E aponta para o eixo do cilindro ou para longe do eixo? Justificar.

Elas apontam para longe do eixo. Pois a carga negativa é a que tem tendência a se desprender do átomo passando assim para o cilindro de plástico

Passo 3 (Equipe)

Escrever uma expressão, utilizando a Lei de Gauss, para o módulo do campo elétrico no interior do cano em função da distância r do eixo do cano. O valor de E aumenta ou diminui quando r aumenta? Justificar. Determinar o valor máximo de E e a que distância do eixo do cano esse campo máximo ocorre para r = 1,1 x 10-3 C/m3 (um valor típico).

O campo eléctrico dentro do cano varia linearmente com a distância r O valor máximo de E é atingido após quando r= raio do cano. Substituindo r dado no exercício por β na fórmula.

E.2.π.r.h.cos⁡〖(a)=p.π.r².h/ε〗 que simplificando E=(β.r)/2ε

Passo 4 (Equipe)

Verificar a possibilidade de uma ruptura dielétrica do ar, considerando a primeira condição, ou seja, o campo calculado no passo anterior poderá produzir uma centelha? Onde?

Não é possível, pois o ar é um isolante que não deixa produzir uma centelha pois é 30Kv/cm que tem menor que a capacidade da centelha para haver uma ruptura dielétrica.

ETAPA 2 (tempo para realização: 05 horas)

_ Aula-tema: Potencial Elétrico. Capacitância.

Essa atividade é importante para compreender a definição de potencial elétrico e

Conseguir calcular esse potencial a partir do campo elétrico. Essa etapa também é importante para estudar a energia armazenada num capacitor, considerando situações cotidianas.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Determinar uma expressão para o potencial elétrico em função da distância r a partir do eixo do cano. (O potencial é zero na parede do cano, que está ligado a terra).

□(p/2εo).r

εoE(2πrh)=π.r².h.j{█(r=2@r=0)┤

(1,1x〖10〗^(-3))/(2.8,85x〖10〗^(-12 ) )=3,1x〖10〗^5

Passo 2 (Equipe)

Calcular a diferença de potencial elétrico entre o eixo do cano e a parede interna para uma densidade volumétrica de cargas típica, r = 1,1 x 10-3 C/m3.

S=π.0,05².1,1x〖10〗^(-3)=8,6393

Passo 3 (Equipe)

Determinar a energia armazenada num operário, considerando que o homem pode ser modelado por uma capacitância efetiva de 200 pF e cada operário possui um potencial elétrico de 7,0 kV em relação à Terra, que foi tomada como potencial zero.

A energia armazenada num capacitor é igual ao trabalho feito para carrega-lo.

dW=q/C dq w_(carregando=∫_0^q▒〖 q/C dq〗)

0,245 kv/cm²

Passo 4 (Equipe)

Verificar a possibilidade de uma explosão, considerando a segunda condição, ou seja, a energia da centelha resultante do passo anterior ultrapassou 150 mJ, fazendo com que o pó explodisse?

De acordo com o passo anterior, observando os resultados obtidos, concluímos que a centelha não gera energia necessária para haver a explosão.

ETAPA 3 (tempo para realização: 05 horas)

_ Aula-tema: Corrente e Resistência. Circuitos.

Essa atividade é importante para discutir as cargas em movimento, isto é, corrente

elétrica e relacionar com resistência elétrica. Essa etapa também é importante para

compreender os cálculos envolvidos em um circuito elétrico como potência e energia.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS