GERADOR ELETROSTÁTICO DE VAN GRAAFF DESCARGAS EM GASES À ALTA PRESSÃO

Sumário

1. OBEJTIVOS

1. INTRODUÇÃO TEÓRICA

1. MÉTODO EXPERIMENTAL

3.1 Materiais utilizados

1. Procedimento experimental

1. RESULTADOS E DISCUSSÃO

1. CONCLUSÃO
   
2. REFERÊNCIAS

1. OBJETIVOS

Esse experimento tem por objetivo a identificação dos elétrodos: ânodo (pólo negativo) e cátodo (polo positivo) e classificação dos gases dentro da família dos condutores interpretando o comportamento do campo elétrico nas proximidades dos elétrodos de diferentes configurações das linhas de forças, verificando assim a importância da pressão e da distância entre os elétrodos, sobre a capacidade de condução elétrica do gás e condições necessárias para que haja uma descarga elétrica através do gás a alta pressão.

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA

Campo Elétrico e Força elétrica:

Não podemos falar sobre descarga nos gases à alta pressão sem explicar o conceito de campo elétrico e tudo que o envolve. Um campo elétrico é o campo de força provocada por cargas elétricas (elétrons, prótons) ou por um sistema de cargas. O campo elétrico é definido como um vetor com mesma direção do vetor da força de interação entre a carga geradora Q e a carga de prova q e com mesmo sentido se q>0 e sentido oposto se q<0. Ou seja:

[pic 1]                            [pic 2]

A unidade adotada pelo SI para o campo elétrico é o N/C.
Cargas elétricas num campo elétrico estão sujeitas a uma força elétrica.
A força elétrica causada por esse campo é dado como:

[pic 3]

A unidade adotada pelo SI para a força elétrico é o N.

Linhas de Força:

Para indicar a presença de campos elétricos existem linhas imaginarias de representação geométrica convencionada, sendo representadas por linhas  que tangenciam os vetores campo elétrico resultante em cada ponto, logo, jamais se cruzam. Por convenção, as linhas de força têm a mesma orientação do vetor campo elétrico, de modo que para campos gerados por cargas positivas as linhas de força são divergentes (sentido de afastamento)  e campos gerados por cargas elétricas negativas são representados por linhas de força convergentes (sentido de aproximação).

[pic 4]

[pic 5]

Descarga nos gases à alta pressão e a ionização das moléculas:

As descargas nos gases à alta pressão podem ser estudadas no próprio ar atmosférico. Ligam-se dois elétrodos aos pólos de um gerador, para se estabelecer uma diferença de potencial entre ambos. Assim que a diferença de potencial atinge um valor elevado, há a descarga no gás.
Já se sabe que as moléculas de um gás como a de todos os corpos, são formadas de átomos que possuem no interior, partículas carregadas de eletricidade. Mas, o número de partículas positivas é sempre igual ao número de partículas negativas de maneira que o átomo e a molécula são neutros. Quando se aplica entre os eletrodos a diferença de potencial V, aparece um campo elétrico entre eles. Se nesse campo existissem somente moléculas do gás, portanto neutras, não haveria nunca corrente elétrica no gás, porque a corrente é formada de cargas elétricas em movimento. E as moléculas sendo neutras, nem ficariam sujeitas a forças por causa do campo elétrico, pois este só exerce força sobre cargas elétricas. Mas, acontece que no gás não existem somente moléculas neutras, mas, também existem íons desse gás. Isto é, muitas moléculas do gás perdem elétrons e se tornam um conjunto de partículas cuja carga total é positiva. Esse conjunto de partículas é chamado íon. O fenômeno se chama ionização, que é o processo para tornar um gás condutor. Existe também uma descarga em centelha que é provocada por uma sucessão de descargas rápidas, em que é emitida uma luz azulada, chamada de centelha, e esta é provocada durante a ionização das moléculas.

                   [pic 6]

Rigidez dielétrica:

Levando em conta os materiais isolantes, também chamados de dielétricos, possuem elétrons que estão presos ao núcleo dos átomos, ou seja, não existem elétrons livres nesses materiais. Ao aplicar um campo elétrico a extremidade desse material isolante, atuará uma força sobre os átomos desse corpo tentando arrancar dele alguns elétrons, mas ocorre que esses elétrons estão fortemente ligados ao núcleo, sendo assim é necessário a aplicação de um campo elétrico mais intenso para que seja possível arrancá-los. Aumentando a intensidade do campo sobre o isolante, a intensidade da força que atua sobre seus elétrons também aumenta. Tira-se como conclusão que em um determinado instante que o campo elétrico será tão grande que a força elétrica conseguirá arrancar os elétrons do átomo, desta forma os elétrons que estavam presos passam a ficar livres, e o material isolante passam a ser um condutor.
O termo rigidez dielétrica, se da pela maior intensidade do campo elétrico que é aplicada sobre o material isolante, e essa rigidez varia de material pra material, enquanto uns em determinado valor de campo elétrico se mantem como isolante, outro material submetido a esta mesma força de campo já passa a ser um condutor.

Campo conservativo:

O que caracteriza a natureza conservativa de um campo é a existência de um potencial associado a cada ponto do campo de tal maneira que o trabalho que deve ser realizado para deslocar um corpo de prova entre dois pontos do campo depende exclusivamente da posição relativa entre esses dois pontos.
Num campo conservativo esse deslocamento não altera a energia mecânica do corpo que se desloca.  O trabalho realizado sobre uma partícula de prova por um campo conservativo independe da trajetória da partícula, é igual à variação da energia potencial entre os pontos. Exemplo: o trabalho para deslocar uma massa sob o efeito de um campo gravitacional de um ponto A até B independe da trajetória de A até B: depende apenas da distância entre A e B. Exemplo de força não-conservativa: a força de atrito, de contato, de tensão, descompressão, de arrasto.

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