O Gerador de Van der Graaf

CAMPOS ELETROSTÁTICOS        

Adrian Ernesto Moré Arias; Carlos Daniel Mota de Mello; Gabriela Kaenna Zeni Navarro Lins; Luis Guilherme Soatos de Jesus; Rafael Nunes; Willian Rupolo.

Laboratório de Física 3 – Universidade Federal da Integração Latino-Americana – Parque Tecnológico de Itaipu – Foz do Iguaçu – PR - Brasil

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O experimento teve como objetivo mostrar e justificar a capacidade do gerador de Van de Graaff de produzir campos eletrostáticos, com isso foi possível provar visualmente a existência das linhas de campo. Com a eletrização foi possível visualizar a eletrização de tiras de alumínio e o efeito de repulsão entre as cargas, além da eletrização de uma pessoa através do contato com o gerador, sendo possível presenciar o efeito de pontas. Utilizando o gerador e os eletrodos submersos em óleo de soja e um pouco de farinha de mandioca podem-se mapear as linhas de campos e seu comportamento de acordo com a forma do eletrodo        .

 

Introdução

Tudo ao nosso redor é feito de átomos, inclusive o ar, e esses átomos possuem cargas positivas presentes no seu núcleo e cargas negativas na sua eletrosfera. Essas cargas negativas são conhecidas como elétrons e possuem a capacidade de se deslocar entre os átomos. E uma forma de facilitar esse deslocamento é através do atrito entre os objetos, aumentando a superfície de contato do que uma simples proximidade. Essa forma de eletrização é chamada de eletrização por Atrito e esse é o mecanismo de funcionamento do Gerador de Van der Graaff. (1)

O gerador é formado por um motor, dois cilindros, um conjunto de correias, um conjunto de escovas e uma esfera de alumínio e funciona através da movimentação da correia que é eletrizada por atrito na parte inferior do aparelho. Ao chegar ao topo, onde fica a esfera metálica, as cargas elétricas são transferidas para a superfície interno do metal, assim por sua geometria simétrica e com ausência de ‘’bicos’’ as cargas se distribuem de maneira uniforme. (2)

O campo elétrico é um tipo de força que as cargas elétricas geram ao seu redor. É uma grandeza vetorial, sendo assim, possuem módulo, sentido e direção. A concentração de cargas no topo do gerador cria um forte campo elétrico. Os fenômenos relacionados ao campo elétrico são representados através de linhas imaginárias que descrevem o vetor campo elétrico. A intensidade do campo elétrico é medida através da seguinte fórmula.(3)

                                (1)[pic 1]

Procedimento experimental

        O procedimento experimental foi dividido em quatro partes, cada uma realizando processos experimentais para mostrar a aplicação prática das teorias. Os materiais usados para realizá-los foram: Gerador de Van der Graaff, eletrodos em formatos diferentes, tiras de papel laminado, torniquete eletrostático, óleo de rícino, pó de farinha de milho, conexões elétricos do tipo banana e cuba acrílica cilíndrica.

Parte 1

Foram fixadas 4 tiras de papel alumínio na superfície externa da esfera com fita adesiva, o gerador foi ligado numa velocidade alta. Após observar o comportamento as tiras foram fixadas no interior da esfera de metal.

Parte 2

        Para observar o poder das pontas foi colocado o torniquete ligado à esfera do gerador. O gerador foi ligado e observamos o resultado. Após isso, uma menina isolada por um tapete de borracha, colocou as mãos sobre o gerador e então o mesmo foi ligado.

Parte 3

        O bastão de teste (aterrado) foi conectado na cabeça do gerador. O gerador foi ligado e aproximamos o bastão da esfera do gerador.

Parte 4

         Foi montado um par de eletrodos na cuba de vidro, e então foi adicionado o óleo de soja até cobrir os eletrodos. Foi colocado um pouco de farinha sobre o óleo e ligado o gerador. Foi repetido para todos os eletrodos disponíveis.

         

Resultados e discussões

        Ao ligar o gerador com algumas tiras de alumínio na sua parte externa, foi possível visualizar a outra ponta da tira se posicionando o mais distante possível da esfera, podendo concluir que foram deslocadas por repulsão as cargas de mesmo sinal dos presentes na esfera de metal para a extremidade livre das tiras de alumínio, já que uma casca com uma distribuição uniforme de cargas repulsa/atrai uma partícula carregada do lado de fora da casca como se toda a carga estivesse no núcleo. Quando colocamos as tiras no interior da esfera nada aconteceu, pois todas as forças de atração e repulsão são anuladas.