Potencial Elétrico .Capacitância

INTRODUÇÃO

Nesta ATPS o desafio é investigar o que pode ocasionar a explosão de uma fábrica na área de indústria alimentícia e promover medidas de segurança do empreendimento em relação aos fenômenos elétricos e magnéticos, comparada com o estudo de um caso de uma fábrica de chocolate.

3-Etapa 2: 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.

3.1- Passo 1: 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).

3.2- Passo 2: Calcular a diferença de potencial elétrico entre o eixo do cano e a parede interna para uma densidade volumétrica de cargas , ℮= 1,1x10^-3 C/m3

Veixo=-e.v².2ᶓ0
Veixo=1,1x10-3.0,052.2.8,85x10-12
Veixo=-1,55x105
DV= Veixo-Vparede

DV= -1,55x105-0

DV=-1,55x105V

3.3- Passo 3: 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 a Terra , que foi tomada como potencial zero.

u= 1/2cv² C=200pF = 200x10-12F

u= ½.200x10-12.(7x10³)² V=7KV = 7x10³V

u=4,9x10-3
u=4,9mJ

3.4- Passo 4: Verificar a possibilidade de uma explosão , considerando a segunda condição, ou seja a energia da centelha resultante do passo anterior ultrapassou 150 mJ , fazendo que o pó explodisse?

De acordo com o resultado obtido no passo anterior, foi concluído que a energia gerada, não é suficiente para fazer com que o pó explodisse.

4-Etapa 3: Corrente e Resistência. Circuitos.

4.1- Passo 1: Determinar a expressão para a corrente i (o fluxo das cargas elétricas associadas ao pó) em uma seção reta do cano. Calcular o valor de i para as condições da fábrica: raio do cano R =5,0 cm, velocidade v= 2,0 m/s e densidade de cargas E.

i=me.A.V
i=1,1x10-3.π(0,05)².(2,0)²
i=1,73x10-5ª

4.2- Passo 2: Determinar a taxa (potência) com a qual a energia pode ter sido transferida do pó para uma centelha quando o pó deixou o cano. Considerar que quando o pó saiu do cano e entrou no silo, o potencial elétrico do pó mudou e o valor absoluto dessa variação foi pelo menos igual a diferença de potencial calculada no passo 2 da etapa 2.

P= u.i

P= -1,55x105.1,73

P= 2,68W

4.3- Passo 3: Calcular a energia transferida para a centelha ocorreu no momento em que o pó deixou o tubo e durou 0,20 s (uma estimativa razoável).

E=P.Λt
E=2,68.0,20
E=0,536J

4.4- Passo 4: Calcular qual deve ser a resistência entre a pulseira e a terra para que seu corpo chegue ao nível seguro de potencial de 100V em 0,3s, ou seja, um tempo menor que o que você levaria para tocar no silo. Se você usar uma pulseira condutora em contato com a terra seu potencial não aumentará tanto quando você se levantar, além disso, a descarga será mais rápida, pois a resistência da ligação a terra será menor que a dos sapatos. Suponha que no momento que você se levanta o potencial do seu corpo é de 1,4kV e que a capacitância entre seu corpo e a cadeira é de 10pF.

i= P/V Q=C.V

i=Q/ Λt Q=10x10-12.1,4x10³

i=1,4x10-8/0,3 Q=1,4x10-8

i= 4,66x10-8.A

R=V/I

R=100/4,66x10-8
R=2,15x109Ω

5-Etapa 4: Campos Magnéticos.

5.1-Passo 1: pesquisar sobre o campo magnético terrestre, como é produzido e como esse campo varia de acordo com a localidade . Pesquisar também qual o valor do campo magnético na sua região. A Terra é Magnética.

A descoberta de que a terra possui um campo magnético próprio, ocorreu em 1600 por um cientista chamado Willian Gilbert. Ele chegou à conclusão de que a Terra se comportava como um grande imã. O estudo do campo magnético da Terra (ou geomagnético) sempre foi de grande importância histórica, tanto para orientação nas navegações quanto para um melhor conhecimento sobre o planeta. Nos dias atuais há muita pesquisa sendo desenvolvida sobre geomagnetismo. Alguns tópicos ainda em plena discussão, como por exemplo, os processos que originam este campo magnético e suas conseqüências para a terra.

Como o campo magnético é uma grandeza vetorial, com intensidade e direção, podemos medi-lo por seus componentes.

A intensidade do campo magnético é medida em uma unidade chamada Tesla. O campo geomagnético é expresso em nano-Tesla (nT) que é igual a 10^-19 tesla. A intensidade do campo na superfície da Terra é da ordem de 70000 nT próximo aos pólos e cerca da metade deste valor próximo ao equador.

F/nT
Mas há uma região da terra onde o campo é mais fraco e essa área é chamado de Anomalia Magnética do Atlântico Sul (AMAS). Grande parte da AMAS está localizada no Brasil. O campo magnético observado é resultado da contribuição de diferentes fontes: o campo do núcleo, o campo externo, campo induzido e o campo crustal.

Campo do núcleo (ou campo principal): o campo geomagnético gerado no núcleo possui uma geometria aproximadamente dipolar. Este campo corresponde a cerca de 90% do campo observado, por isso o campo do núcleo também é chamado de campo principal, Esse campo dipolar funciona como um “escudo protetor” para as partículas que vêm do sol e de raios cósmicos que se propagam na direção do nosso planeta.

As linhas de Força do Campo Magnético em um imã saem do pólo norte para o pólo sul, entretanto esta convenção não é adotada pelos geofísicos no caso da terra. Note que em nosso planeta atualmente as linhas de força saem do sul geográfico para o norte geográfico.

Isto porque os geofísicos consideram os pólos magnéticos de acordo com os pólos geográficos. Essa associação não é permanente, já que devido às reversões do campo, os pólos invertem o sentido.

Entretanto, na realidade, não há um imã no núcleo terrestre, o que existe é fluido composto principalmente de ferro e níquel com uma alta condutividade elétrica, este fluido está em constante movimento na presença de um campo magnético pré-existente. Consequentemente , o fluido induz correntes elétricas que ampliam o campo magnético.