Campo Eletrico

1) Observe o fenômeno e procure justificá-lo.

Ao chegar perto o bastão da esfera ocorre uma descarga elétrica, isso porque o ar próximo aos dois se tornou condutor e os elétrons passaram de um para o outro sem precisar toque.

2) Justifique o fato de a mistura gasosa envolvente (ar atmosférico) passar de isolante a condutora de eletricidade.

O ar tem uma resistência muito alta, impedindo que a corrente passe por ele. Mas para tensões muito altas (como exemplo, um raio) o ar vira um condutor. Comportamento semelhante de um material dielétrico. Um gerador de Van de Graaff produz uma tensão alta o suficiente para "atravessar" o ar.

3) No momento que o gás deixa de ser isolante, o campo elétrico possui certo valor entre os eletrodos. Como denominamos o maior valor que o campo elétrico pode assumir sobre o material isolante, sem que o material conduza eletricidade?

A rigidez dielétrica de certo material é um valor limite de campo elétrico aplicado sobre a espessura do material (kV/m), sendo que, a partir deste valor, os átomos que compõem o material se ionizam e o material dielétrico deixa de funcionar como um isolante.

4) Justifique o ruído e a cor azulada verificados durante a descarga elétrica ocorrida no ar.

Quando ocorre a descarga através da formação de um fino canal ionizado no ar, o ar no interior desse canal atinge temperaturas muito elevadas, de milhares de graus Celsius. Esse mesmo ar no interior do canal estava na temperatura ambiente antes da descarga e, portanto há uma rapidíssima elevação da temperatura do gás dentro do canal no momento da descarga. Ao aumentar bruscamente a temperatura de um gás, a pressão cresce. Portanto, o ar dentro do canal, devido à elevação da pressão se expande violentamente, produzindo uma expansão brusca.

O estalo que ouvimos é decorrência dessa expansão brusca, uma pequena explosão que gera uma onda sonora. Quando a energia passa por ele, ioniza as moléculas de ar. Os átomos estimulados recebem energia suficiente para liberar elétrons permitindo a passagem da corrente. Quando os elétrons voltam para sua respectiva camada de valência, emitem de volta a energia em forma de luz visível, no caso, numa freqüência azulada.

5) Como denominamos o ruído e a cor azulada que surgem durante a descarga quando este fenômeno ocorre na natureza?

Quando a descarga ocorre devido à eletricidade estática em nuvens, o canal ionizado é muito maior e a energia liberada é muitas ordens de grandeza maior do que a energia liberada em um pequeno gerador de van der Graaff. A expansão brusca do canal ionizado é então uma verdadeira explosão, gerando uma onda sonora de grande intensidade, o trovão. Ou seja, os estalos do gerador são trovões em miniatura.