Experimento De Fisica III - Processos De Eletrização

Processos de Eletrização

Introdução:

Corpo Eletrizado é o copo que apresenta falta ou excesso de Elétrons.

Sendo que estando este corpo com excesso de elétrons é classificado de CORPO ELETRIZADO NEGATIVAMENTE e com falta de elétrons recebe a classificação de CORPO ELETRIZADO POSITIVAMENTO.

Através dos PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO, obedecendo uma série TRIBOELÉTRICA, consegue alterar o “estado natural de eletrização” de alguns corpos.

No experimento feito em laboratório, utilizamos um GERADOR ELETROSTÁTICO DE CORREIA, também conhecido como GERADOR DE VAN DE GRAAFF.

Seguindo um roteiro, toda a sequência experimental foi voltada para a eletrização dos corpos e os efeitos observados. Assim nesse relatório anotamos e apresentamos o que conseguimos observar e estudar de cada situação observada.

Eletrização dos Corpos

Eletrizar um corpo significa basicamente tornar diferente o número de prótons e de elétrons (adicionando ou reduzindo o número de elétrons).

Corpos ELETRIZADOS NEGATIVAMENTE, possuem excesso de elétrons e nos corpos ELETRIZADOS POSITIVAMENTE há falta 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 ( )

Há dois princípios que descrevem a eletrostática, o da ATRAÇÃO e o da 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.

Os PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO são, ATRITO, INDUÇÃO e CONTATO.

PROCESSO DE ELETRIZAÇÃO POR ATRITO

Esse processo foi originalmente observado por Tales. Que é quando duas substâncias são atritadas, ocorre uma migração de elétrons de uma para outra. A que recebe elé¬trons adquire carga elétrica negativa (a antiga eletricidade resinosa ou negativa) e a outra, perdendo elétrons, adquire carga elétrica positiva (a antiga eletricidade vítrea ou positiva).

Se o corpo atritado é feito de MATERIAL ISOLANTE (que são materiais cujo os portadores de cargas não apresentam mobilidade), as cargas elétricas que nele se desenvolvem ficam confinadas à região atritada. Nas experiências consideradas, admitimos sempre corpos de materiais isolantes (vidro, resina, lã). Entretanto, se o corpo é feito de MATERIAL CONDUTOR (materiais que apresentam liberdade de movimentação de seus elétrons, por exemplo, de metal), as cargas elétricas se espalham por todo o corpo, ocupando sempre a sua superfície externa, pois elas, sendo todas de mesmo nome ou sinal, repelem-se mutuamente, tendendo a ficar o mais longe possível umas das outras.

Estudos levaram a elaboração de uma lista contendo os materiais que, dependendo da posição, um em relação ao outro, irão ficar carregados positivamente ou negativamente. Esta lista tem o nome de SÉRIE TRIBOELÉTRICA e é apresentada na imagem abaixo:

PROCESSO DE ELETRIZAÇÃO POR CONTATO

Imaginemos duas esferas condutoras A e B, uma eletrizada (A) e outra neutra (B).

Ao colocarmos a esfera A, positivamente carregada, em contato com a esfera B, aquela atrai parte dos elétrons de B. Assim, A continua eletrizada positivamente, mas com uma carga menor, e B, que estava neutra, fica eletrizada com carga positiva.

Essa é a maneira mais simples de se eletrizar um corpo. Quando dois corpos são encostados ou ligados por fios, pode haver a passagem de elétrons de um para o outro. Para que se realize esse tipo de eletrização, os corpos e os fios devem ser condutores, e nunca isolantes.

Diremos então que, se um corpo eletrizado negativamente (com excesso de elétrons) é encostado em outro, neutro, parte de seus elétrons passará para este, que também ficará eletrizado negativamente.

Se o primeiro corpo estivesse carregado positivamente (com falta de elétrons), ele retiraria elétrons do corpo neutro, de maneira que ambos ficariam com falta de elétrons e, portanto, eletrizados positivamente.

Na ELETRIZAÇÃO POR CONTATO, a troca das cargas depende das dimensões dos condutores.

Se considerarmos que os corpos têm as mesmas dimensões e a mesma forma, sendo, por exemplo, esferas de mesmo raio, após o contato apresentarão cargas iguais.

A equação matemática que representa o equilíbrio de cargas, em condutores idênticos, é:

PROCESSO DE 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.

Um exemplo conhecido é que em algumas vezes, ao abrirmos a porta do carro levamos um pequeno choque. Esse choque é proveniente do processo de eletrização por atrito, pois, ao se movimentarem, os automóveis e outros veículos se eletrizam por atrito com o ar. Isso é mais notado em locais de clima seco. É muito comum um passageiro levar um choque quando o ônibus chega à parada: basta ele se encostar a qualquer uma das partes metálicas do veículo. Nesse caso, o passageiro faz o papel de fio terra.

Muitas vezes, também é possível levar um choque quando se desce de um automóvel. Geralmente, o veículo está eletrizado por atrito com o ar e, ao descer do carro, a pessoa estabelece um contato entre a carcaça metálica eletrizada do carro e a terra. Eis uma das causas de choque elétrico.

No entanto, existe outra razão para ocorrer o choque elétrico ao se descer de um carro: o passageiro, por ficar sentado no banco, causa atrito entre o tecido de sua roupa e o tecido do banco do veículo. Assim, a pessoa fica eletrizada e, ao descer do carro, carrega essas cargas elétricas espalhadas em seu corpo. Quando, então, toca em um metal (carro), este faz escoar as cargas para a terra, ocasionando o choque elétrico.

Esses fenômenos recebem o nome de ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO.

Relatório do experimento em laboratório

Para conhecer e praticar todos os fundamentos dos processos de eletrização fizemos vários testes utilizando o GERADOR DE VAN DER GRAAF, que é um GERADOR ELETROSTÁTICO DE CORREIA.

Um pouco sobre esse equipamento: Um gerador de Van de Graaff é uma máquina eletrostática que foi inventada pelo engenheiro estado-unidense descendente de holandeses, Robert Jemison van de Graaff por volta de 1929. A máquina foi logo empregada em física nuclear para produzir as tensões muito elevadas necessárias em aceleradores de partículas.

Versões pequenas do gerador de van de graff são freqüentemente vistas em demonstrações sobre eletricidade, produzindo o efeito de arrepiar os cabelos de quem tocar na cúpula, isolado da terra, pois o cabelo fica eletrizado com cargas da mesma polaridade, que conseqüentemente se repelem.

Procedimentos:

1. Eletrizar uma régua através do atrito com o cabelo e aproximar do eletroscópio (pêndulo simples). Descreva o que foi observado.

Para esse procedimento, foram utilizados os seguintes itens:

- Um pedaço de papel alumínio de aproximadamente 15cm X 05 cm;

- Um pedaço de barbante, de aproximadamente 15 cm;

- Equipamento de laboratório (não anotamos o nome) como pêndulo;

- Régua de plástico de 30 cm.

Observação principal anotada: Primeiro foi observado a atração em seguida após o contato a repulsão.

2. Ligue o gerador de correia, coloque o capacete e aproxime o bastão. Descreva o fenômeno observado. Verifique se a “intensidade “deste fenômeno depende da distância entre o capacete e o bastão.

Para esse procedimento, foi utilizado o seguinte iten:

- Gerador Eletrostático.

Observação principal anotada: A distância interfere na intensidade. E o ar se torna condutor dependendo da intensidade da tensão.

3. Colar com fita adesiva uma folha de papel laminado na superfície externa do capacete do gerador . Descreva o observado.

Para esse procedimento, foi utilizado o seguinte iten:

- Gerador Eletrostático.

Observação principal anotada: Negativo, como o do capacete, por isso há a repulsão.

4. Fixe a pequena haste com um furo no capacete do gerador e coloque no interior do furo o papel laminado em forma de “ Ʌ “ ( Veja figura ) . Ligue o aparelho por alguns instantes e torne a desligá-lo. Descreva ao lado o observado.

Para esse procedimento, foram utilizados os seguintes itens:

- Gerador Eletrostático;

- Tira de papel alumínio de aproximadamente 2 cm x 2 cm;

- Haste de alúminio.

Observação principal anotada: Quando acionado o gerador, a haste começa a girar e ganhar aceleração conforme a carga do gerador aumenta. Pesquisamos e descobrimos que, no entanto em superfícies irregulares a densidade das cargas é maior em superfícies finas pontiagudas, daí surge o termo poder das pontas, logo se termos grande quantidade de cargas maior será o campo gerado nessa região.

5. Aproxime o eletroscópio (pêndulo simples) do capacete. Descreva o observado.

Para esse procedimento, foram utilizados os seguintes itens:

- Um pedaço de papel alumínio de aproximadamente 15cm X 05 cm;

Observação principal anotada: Repulsão.

Tarefas:

1. No procedimento 1, a esfera do eletroscópio está inicialmente neutra. Explique porque esta esfera é atraída pela régua e quando entra em contato é repelida. Quais os processos de eletrização presentes neste caso?

Resposta: Nesse primeiro experimento, foi observado que a régua ao ser atritada com o cabelo torna se um material carregado positivamente observando a SÉRIE TRIBOELÉTRICA apresentada acima, assim acontece porque no inicio a régua e o cabelo estão neutros, possuem cargas iguais, após o atrito elétrons são arrancados da régua, assim ele fica ELETRIZADA POSITIVAMENTE e o cabelo ELETRIZADO NEGATIVAMENTE, sendo o metal, excelente CONDUTOR, ou seja possui facilidade em “doar” elétrons, a régua “positiva” atrai o papel alumínio. Ao se tocarem os elétrons do papel alumínio passam a régua, tornando a régua ELETRIZADA NEGATIVAMENTE, e como cargas de mesmo sinal se repelem, ocorre a repulsão observada.

Nesse experimento notamos dois processos de eletrização:

- Atrito – Régua e Cabelo;

- Contato – Régua e Papel alumínio.

Obs. Em alguns cabelos não eletrizaram a régua, e talvez porque algum produto com material isolante presente nesse cabelo.

2. No procedimento 2, qual a origem da luz e dos pequenos estalos? Existe um cheiro diferente no ar, qual a sua causa? Qual o sentido da transferência de cargas neste caso, do capacete para o bastão ou o contrário? Que tipo de cargas são transferidas, prótons ou elétrons? Justifique suas respostas.

Respostas:

Questão A: Essa luz é vista quando a corrente elétrica atravessa o ar. Produzindo uma fagulha pois o ar em altas tensões se torna condutor. E os estalos, é exatamente o som produzido no momento de movimento das cargas pelo ar que se tornou condutor. Esse efeito é semelhante aos raios e trovões.

Questão B: Pesquisamos pra descobrir o motivo do odor presente no ar, e a resposta é: Esse odor é devido a ruptura do dielétrico do ar.

Questão C: O sentido de transferência de cargas ocorre do capacete do gerador ao bastão, pois o capacete está carregado negativamente.

Questão D: Os elétrons é que se movimentam no átomo. Os prótons são presos no núcleo.

3. No procedimento 2, desenhe o bastão próximo ao capacete e mostre aproximadamente a distribuição de cargas na esfera do bastão antes da descarga elétrica. Qual o processo de eletrização presente neste caso?

Resposta: Nesse experimento o PROCESSO DE ELETRIZAÇÃO É O POR INDUÇÃO, é extremamente necessário observar que a base deve está totalmente isolada para evitar processo de eletrização indevido!

4. No procedimento 3, qual o sinal da carga do papel laminado após a eletrização? Qual o processo de eletrização presente neste caso? Qual é a direção do campo elétrico criado em torno da esfera, observado com as tiras de alumínio? Por que as tiras se movimentaram?

Resposta: O sinal do papel laminado é o mesmo sinal do capacete do gerador, que no nosso caso é negativo. O processo de eletrização presente é eletrização por contato.

5. Observe o gerador e explique como a borracha sendo isolante transporta as cargas até o capacete metálico. Por que o suporte do capacete é feito de acrílico e não de madeira, por exemplo.? Qual o sinal da carga da base do gerador? Por que as cargas não ficam armazenadas também na base do gerador? Qual o sinal da carga transportada pela borracha??

Para esse procedimento, foi utilizado:

Respostas: Questão A: Esse transporte é devido ao fato da borracha no seu movimento continuo ser atritada com dois rolos feitos de material diferente, sendo que um desses rolos é feito de material condutor. Referenciado pela série triboelétrica representada acima..

Questão B: Esse suporte é de acrílico, pois o acrílico possui características isolantes melhores que as da madeira, e sendo assim a eletrização do capacete é mais eficiente com esse material.

Questão C: O sinal da base do gerador é positivo.

Questão D: As cargas são armazenadas também na base, pois quando a correia passa pelo tambor, este doa elétrons para a correia deixando-o com cargas positivas que é coletado através de uma escova para o bastão.

Questão E: O sinal da carga transportada pela borracha é negativo.

Conclusões

Segundo cada observação, e seguindo os procedimentos percebemos que as versões dos livros foram devidamente comprovadas. Não percebemos nenhuma divergência, mas se hoje todos os mesmos testes fossem feitos, as observações seriam outras, pois pesquisando o equipamento percebemos várias possibilidades.

Nossa curso de ENGENHARIA ELÉTRICA, precisa basicamente que tenhamos domínio dos efeitos observados nesse laboratório, tendo em vista as maneiras de aplicar cada situação na produção das atividades de engenheiro. Dois efeitos que chamam a atenção voltando para nosso curso são: Cargas que se repelem ou se atraem, sendo essa observação em projetos de cabeamentos elétricos de grande intensidade, e o segundo que dependendo da intensidade da tensão o ar se torna um condutor.

Além das observações físicas podemos entender também a interação com a química nos experimentos, visando liberação de eletrón, camada de valência, etc... Mas são nas aplicações físicas que notamos os maior número de efeitos. O equipamento simula situações reais e de aplicações práticas.

Bibliografia

http://www.feiradeciencias.com.br/sala11/11_51.asp

http://essaseoutras.xpg.uol.com.br/serie-triboeletrica-cargas-positivas-e-negativas-e-eletrizacao-lista/

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/eletrizacao.php

http://jfgf2011.blogspot.com.br/2013/05/pratica-de-eletrostatica-versorium.html

http://www.mundoeducacao.com/fisica/a-eletrizacao-por-contato.htm

http://seusaber.com.br/fisica/processos-de-eletrizacao-resumo-atritocontato-e-inducao.html

https://www.passeidireto.com/arquivo/2000754/_eletricidadeemagnetismoapostila/6

http://pt.wikipedia.org/wiki/Gerador_de_Van_de_Graaff