Eletroestatica

ELETROSTÁTICA: ELETRIZAÇÃO E GERADORES ELETROSTÁTICOS

Laboratório de Física

Curso: Engenharia Civil

Universidade Federal do Paraná – Pontal do Paraná

Acadêmicos:

Fabrizio Vella

Felipe Nascimento

Hélio Demarqui Junior

Laércio Silva e Souza

Nathan Gusmão

Nelson Pires Filho

Ricardo Gegembauer

Resumo

        Ao estudo dos fenômenos naturais envolvendo existência de cargas elétricas em movimento ou estacionárias dá-se o nome de Eletricidade. Apesar de seu uso ter sido difundido apenas recentemente, observações sobre o estudo da Eletricidade são muito mais antigas. Esse estudo se divide em Eletrodinâmica, Eletrostática e Eletromagnetismo.

        O presente experimento tem por objetivo abordar conceitos referentes ao estudo da Eletrostática, como funciona a eletrização de corpos e a distribuição de carga em torno de corpos eletrizados, bem como a lei de conservação de cargas elétricas.

Fundamentação Teórica

        A ciência da eletricidade e do magnetismo teve um modesto início na antiga Grécia, e apenas se consolidaram em uma única roupagem em meados de 1820, quando Hans Christian Oersted descobriu uma ligação intrínseca entre as duas. Hoje a junção da eletricidade e do magnetismo recebem o nome de eletromagnetismo. Michael Faraday foi o experimentalista mais bem-sucedido de sua época, sendo que em seus trabalhos não se encontra nem uma única equação sequer. James Clerk Maxwell, na primeira metade do século XIX, estruturou todo o experimentalismo de Faraday, elaborando a matemática que serviria de alicerce para a teoria eletromagnética moderna. Sendo que a natureza de tais fenômenos observados, ainda estaria distante de ser entendida.

        O principal efeito observado, que se deve à observância dos filósofos gregos, é o que hoje chamamos de eletrização. Pode-se transmitir uma “substância elétrica” de um corpo para outro, como se refeririam os antigos gregos, por meio da fricção dos mesmos. Hoje sabemos o que era a “substância” transferida, é conhecida por carga elétrica, a qual está diretamente relacionada com o equilíbrio entre a quantidade de elétrons e prótons de um determinado material. Há também mais duas formas de eletrização, por contato e por indução.

        Quando duas substâncias diferentes são atritadas e distanciadas, elas passam a apresentar propriedades importantes, pois ambas estão carregadas eletricamente. Uma carregada positivamente e outra negativamente. O elétron é a partícula que apresenta maior facilidade ao deslocamento entre os diferentes átomos e, portanto, a maior ou menor quantidade dele ditará o estado elétrico do corpo. Se houver mais elétron do que prótons, o corpo está carregado com carga negativa, se houver menos elétrons do que próton, o corpo está carregado com carga positiva e se a quantidade de elétrons e prótons for igual é dito que o corpo está neutro. Dessa forma o ato de atritar um corpo com outro faz com que os elétrons se desloquem de um para outro.

[pic 3]Figura 1

Um exemplo disto ocorre quando atritamos um bastão de vidro com um pano de lã (Figura 1), esta última captura elétrons do bastão de vidro, o qual fica com carga positiva. A lã por outro lado, fica com carga negativa. Se pendurarmos estes dois objetos separadamente a uma distância considerável e repetirmos o atrito com outro bastão de vidro e lã poderemos realizar o seguinte:

1. Aproximar os bastões de vidro

Resultado: os dois se afastam.

1. Aproximar os dois pedaços de lã.

Resultado: os dois se repelem.

1. Aproximar uma lã e um bastão.

Resultado: os dois se aproximam.

Podemos concluir então que cargas iguais se repelem e cargas iguais se aproximam.

Mas o que ocorre se juntarmos bastão e lã? As cargas entre eles se igualam. Quando juntamos, ou seja, colocamos em contato dois objetos carregados eletricamente realizamos o segundo tipo de eletrização acima citado, que é o por contado.

[pic 4]        Na Figura 2 mostra-se esquematicamente o processo de eletrização por contato.

Figura 2

Eletrização por contato faz parte essencial para o entendimento dos experimentos descritos a seguir.

Procedimento Experimental

        PARTE A

Para realização do experimento foram utilizados um Eletrômetro básico, que é um dispositivo utilizado para medir tensões ou correntes muito pequenas, baseado em deformações causadas por campos elétricos; uma Gaiola de Faraday, que consiste em dois condutores de malha em formato cilíndrico, um externo e um interno, onde o cilindro interno não fica em contato direto com o suporte. O objetivo da gaiola é demonstrar que uma superfície eletrizada possui campo elétrico neutro em seu interior. O carro é um exemplo de Gaiola de Faraday; esferas condutivas; uma fonte de tensão eletrostática; varinhas produtoras de cargas; e cabos de ligação.

        Primeiro conectamos o Eletrômetro na Gaiola de Faraday, conectando a pinça vermelha no condutor interno e a preta no condutor externo, de forma a captar a variação de carga no dispositivo. O Eletrômetro então é ligado e ajustado para o intervalo de 10V. Fazemos um aterramento na gaiola, de forma a remover todo o excesso de carga, encostando um dedo no cilindro interior e exterior ao mesmo tempo e, depois, afastando o dedo primeiro do cilindro interior depois do exterior. Nesse processo o corpo humano é utilizado como um condutor maior para aterramento. Pressiona-se o botão “ZERO” no Eletrômetro. Altera-se o intervalo para 100V e pressiona-se o botão Zero novamente. Esse procedimento é realizado para preparar o Eletrômetro e a Gaiola de Faraday para o experimento.

        Certificamos-nos de que as varinhas não possuem carga. Então, as varinhas são inseridas no interior da Gaiola e atritadas de forma a produzir carga. As extremidades das varinhas são revestidas uma de couro e outra de um determinado polímero, que atritados geram eletrização. É importante que as varinhas não toquem nas laterais da gaiola.

        Nesta etapa são registradas as leituras de carga informadas pelo sistema, tomando-se a leitura inicial com as varinhas dentro do cesto, sem contato com a borda ou entre si, e as demais leituras na seguinte ordem: atritando as varinhas; afastando as varinhas; retirando a varinha escura do cesto; colocando a varinha escura de volta no cesto; retirando a varinha branca; colocando-a de volta; e removendo ambas as varinhas do cesto. Temos um total então de 08 leituras de carga.  É importante saber que este procedimento deve ser realizado da forma mais rápida possível para evitar a migração de carga. Os dados são registrados em uma tabela e partimos então para as análises do experimento.