Eletrização

Relatório laboratório Elétrica

Brasília

Março/2014

Eletrização, poder das pontas e campo elétrico.

Introdução

Os átomos da matéria são formados de uma grande quantidade de partículas. Dentre elas as mais conhecidas são o próton (carga positiva), o elétron (carga negativa) e o nêutron (carga nula). Diz – se que, quando o número de prótons em um átomo é igual ao número de elétrons, este permanece neutro. Pode-se estender este raciocínio à matéria em geral. Esta condição é chamada de Equilíbrio Eletrostático. A eletrostática é basicamente descrita por dois princípios, o da atração e repulsão de cargas conforme seu sinal (sinais iguais se repelem e sinais contrários se atraem) e a conservação de cargas elétricas, a qual assegura que em um sistema isolado, a soma de todas as cargas existentes será sempre constante, ou seja, não há perdas.

No entanto, este equilíbrio pode ser desfeito. Isto é possível a partir de um processo chamado de Eletrização, que pode ocorrer de três maneiras: atrito, contato e indução. Para reproduzir estes processos é utilizado um equipamento chamado Gerador de Van de Graaff, uma máquina que utiliza uma correia móvel para acumular cargas elétricas em uma esfera oca de metal, às quais se espalham para mais longe possível umas das outras e passam a ocupar a superfície externa da casca esférica. Essa distribuição de cargas gera um campo elétrico, afetando o espaço ao seu redor.

Eletrizar um corpo significa basicamente tornar diferente o número de prótons e de elétrons (adicionando ou reduzindo o número de elétrons). Podemos definir a carga elétrica de um corpo (Q) pela relação:

Onde:

Q= Carga elétrica, medida em coulomb no SI

n= quantidade de cargas elementares, que é uma grandeza adimensional e têm sempre valor inteiro (n=1, 2, 3, 4 ...)

e= carga elétrica elementar ( )

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, por meio da atração eletrostática. 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.

Objetivo

Demonstração visual da existência das linhas de força através do campo elétrico gerado pela produção de uma tensão com um gerador de Van de Graaff, interpretando os efeitos do campo elétrico produzido pelo acúmulo de cargas em uma esfera oca metálica.

Materiais e equipamentos

Gerador de Van de Graaff;

Cuba acrílica;

Eletrodos;

Cabos de ligação;

Torniquete eletrostático;

Esfera auxiliar de alumínio com cabo;

Grãos de fubá

Óleo de rícino;

Função do Gerador de Van de Graaff.

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 acrílico ou o PVC. Os roletes são de materiais diferentes, ao menos um deles isolante (como Teflon e alumínio), 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 extraídas da correia como se estivessem indo para terra, e tensões muito altas são facilmente alcançadas.

Processo de Eletrização

Foram usados os seguintes processos de eletrização:

1. Eletrização por atrito: como o próprio nome diz, atritando-se, ou melhor, colocando-se dois corpos constituídos de substâncias diferentes e inicialmente neutros em contato muito próximo, um deles cede elétrons, enquanto o outro recebe. Ao final, os dois corpos estarão eletrizados e com cargas elétricas opostas.

2. Eletrização por contato: dizemos que a eletrização por contato é um processo no qual um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo neutro. De preferência, devem ser usados dois corpos condutores de eletricidade.

3. Eletrização por indução: dizemos que a indução eletrostática é o fenômeno de separação das cargas elétricas de sinais contrários em um mesmo corpo. Portanto, esse tipo de eletrização pode ocorrer apenas pela aproximação entre um corpo eletrizado e um corpo neutro, sem que entre eles aconteça qualquer tipo de contato.

Linhas de campo elétrico

Conectaram-se os cabos à esfera metálica e os terminais dos cabos à placa de acrílico. Colocou-se o óleo, com cuidado, dentro da cuba de vidro e esta foi colocada sobre a placa de acrílico. Os grãos foram colocados dentro da cuba de vidro e então os fios metálicos foram conectados à placa de acrílico. O gerador foi ligado e observou-se os padrões formados pelos grãos. Os fios metálicos foram trocados e observou-se diferentes formas assumidas pelo campo elétrico. ( Ilustração abaixo de acordo com o site da cidepe):

O poder das pontas

Verificou-se que não houve acúmulo considerável de cargas na superfície da esfera oca na presença da tachinha. Isso ocorre devido ao fenômeno conhecido como poder das pontas: