Atps Fisica

ATPS

ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS

FÍSICA III

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São José dos Campos, 01 de Outubro de 2014

Etapa 1

Aula-tema: Campo Elétrico. Lei de Gauss.

Essa atividade é importante para compreender a ação e a distância entre duas

partículas sem haver uma ligação visível entre elas e entender os efeitos dessa partícula

sujeita a uma força criada por um campo elétrico no espaço que as cerca.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

Passo 1

Pesquisar em livros da área, revistas e jornais, ou sites da internet, notícias que envolvem

explosões de fábricas que têm produtos que geram ou são a base de pó.

De acordo com o site: http://g1.globo.com/rs/rio-grande-do-sul/noticia/2012

Explosão destrói parte de torre de fábrica de leite em pó no RS

Uma explosão destruiu parte da torre da fábrica de leite em pó da empresa BR Foods, na cidade de Três de Maio, no noroeste do Rio Grande do Sul. Segundo o Corpo de Bombeiros do município, o acidente ocorreu por volta das 12h20 desta sexta (27). Para combater as chamas no alto, os bombeiros precisaram do auxílio de um caminhão com guindaste.

O setor da fábrica que explodiu era todo informatizado. O local estava vazio no momento do acidente. Não houve feridos. A fábrica começou a funcionar em agosto do ano passado, com capacidade mensal para processar pelo menos 2 mil toneladas de leite em pó.

Em nota oficial emitida às 17h30 desta sexta-feira (27), a BR Foods disse que o fogo provocado pela explosão foi rapidamente controlado pelos bombeiros. O incidente ficou restrito à câmara de secagem de leite em pó, equipada com um sistema anti-incêndio. A estrutura física da unidade não foi atingida.

Passo 2

Supor que o pó (produto) de sua empresa esteja carregado negativamente e passando por um

cano cilíndrico de plástico de raio R= 5,0 cm e que as cargas associadas ao pó estejam

distribuídas uniformemente com uma densidade volumétrica r . O campo elétrico E aponta

para o eixo do cilindro ou para longe do eixo? Justificar.

R: Ao analisar o problema dado pela atps; vemos que o campo elétrico E aponta para o eixo

do cilindro, pois as cargas estão carregadas negativamente, assim causando atração.

Passo 3

Escrever uma expressão, utilizando a Lei de Gauss, para o módulo do campo elétrico no

interior do cano em função da distância r do eixo do cano. O valor de E aumenta ou diminui

quando r aumenta? Justificar. Determinar o valor máximo de E e a que distância do eixo do

cano esse campo máximo ocorre para r = 1,1 x 10-3 C/m3 (um valor típico).

E= ρ/(2.π.ε.r) → E=(1,1 .〖10〗^(-3) )/((2π).(8,85 .〖10〗^(-12)).(5.〖10〗^(-1))) = 0,0039.

〖10〗^10 → E = 39.〖10〗^6 N/c

Com um raio de 10 cm, observa o campo elétrico mais próximo ao eixo.

E= ρ/(2.π.ε.r) → E=(1,1 .10)/((2π).(8,85.〖10〗^(-12)).(1.〖10〗^(-2)))

E = ((1,1 .〖10〗^(-3) ))/((55,60.〖10〗^(-14) ) ) → E=(0,0198 .〖10〗^(-3).〖10〗^14 ) E=

(0,198 .〖10〗^11 ) → E=19,8 .〖10〗^9 N/c

Quanto maior o valor da constante maior o valor, mais perto do eixo e maior o valor do

campo elétrico que é radial.

Para encontrar a distancia do eixo do cano desse campo máximo, utilizamos a formula do

valor critico “Ec”.

Ec=(Q/h)/(2.π.ε.r) → Ec= ((1,1 .〖10〗^(-3))/(1.〖10〗^2 ))/█((2π).(8,85 .〖10〗^(-12) ).(1 .

〖10〗^(-1) ) ) = ((1,1 .〖10〗^(-3).〖10〗^(-2)))/((55,60 .〖10〗^(-13))) = (0,0198 .〖10〗

^(-5) x 〖10〗^13)

Ec= (0,0198 .〖10〗^8 ) → E=19,8 .〖10〗^5

Passo 4

Verificar a possibilidade de uma ruptura dielétrica do ar, considerando a primeira condição,

ou seja, o campo calculado no passo anterior poderá produzir uma centelha? Onde?

O ar é um isolante, por conta disto é certo

afirmar que o campo calculado no passo anterior poderá sim produzir uma centelha, sendo

superior o valor do Ec (Campo Critico), sendo assim neste caso ocorrerá ruptura dielétrica.

Etapa 2

Aula-tema: 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.

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).

V=(K.Q)/r

Passo 2

Calcular a diferença de potencial elétrico entre o eixo do cano e a parede interna para uma

densidade volumétrica de cargas típica, r = 1,1 x 10-3 C/m3.

p = 〖1,1.10〗^(-3) // r = 5 cm = 0,05 m // ε0 = 〖8,85.10〗^(-12)

V_eixo = -ρ .r22 .ε0 → (-〖1,1.10〗^(-3)) .( (0,05).22 .(〖8,85.10〗^(-12))= -〖2,75.10〗^(-6)

.〖17,7.10〗^(-12)= -〖0,155.10〗^6=-〖1,55.10〗^5

V_parede = 0

DV= V_eixo - V_parede = = -〖1,55.10〗^5- (0) = -〖1,55.10〗^5 JC

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.

C = 200 = 200.〖10〗^(-12) // V=7,0=7,0.〖10〗^3

C = Q.V → C/Q=V → Q=C.V

Q=(200.〖10〗^(-12) ).(〖7,0.10〗^3 )= 〖1,4.10〗^(-6) J

Assim:

Q = 0,0014 mJ

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 com que o pó

explodisse?

A energia não ultrapassou o valor de 150 mJ, pois é de 0,0014 mJ ; sendo assim, não

houve explosão.

Conclusão

Nestas etapas analisamos sobre campos elétricos, lei de Gauss, apresentamos problemas

(e explosões) ocorridos com materiais porosos e os motivos do mesmo. Analisamos

situações teóricas parecidas. Também analisamos sobre potencial elétrico e capacitância,

as propriedades destes e desenvolvemos situações teóricas para a aplicabilidade das

mesmas.

Referencias Bibliográficas

1-http://g1.globo.com/rs/rio-grande-do-sul/noticia/2012

2- http://pt.wikipedia.org/wiki/Formicida

3- PLT – Halliday, David;RESNICK,Robert.Física II.1ªed.