Eletricidade - gerador

Centro Universitário Uni-ANHANGÜERA

                                            Kelly Desirrê Costa da Rocha

O POTENCIAL ELÉTRICO E A QUANTIDADE DE CARGA ACUMULADA NO GERADOR DE VAN DE GRAAFF.

                                                       

     Prof. Jonas Tavares

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1. Objetivo

• Reconhecer que a descarga produzida pelo gerador depende do campo elétrico necessário para romper a rigidez dielétrica do ar;
• Determinar o potencial elétrico fornecido pelo gerador;
• Determinar a quantidade de carga acumulada na esfera do gerador;
• Determinar a quantidade e o numero de cargas acumulada no gerador;
• Determinar a densidade superficial de carga da esfera do gerador;

3.2 Introdução

Serão abordado um corpo carregado eletricamente gera um campo elétrico ao seu redor. Em uma esfera carregada o potencial é máximo em todos os pontos da esfera, desde o interior até a sua superfície. Como a carga permanece apenas na superfície, o campo elétrico é nulo no interior da esfera.

3.3 Materiais Utilizados

 

3.3.1 Gerador eletrostático

É um equipamento capaz de gerar cargas elétricas estáticas, e o ramo da física dedicado ao estudo das cargas elétricas em repouso. São três as formas de carregar estaticamente um corpo: através do atrito, do contato direto entre um corpo não-eletrizado e outro eletrizado e finalmente, por meio de indução, feito pela aproximação de um corpo eletrizado que induz ou orienta as cargas de um corpo não-eletrizado.

3.3.2 Cabeça esférica com 250 mm de diâmetro 

3.3.3 Esfera com cabo

3.3.4 Cabo flexível preto

3.3.5 Trena

O metro articulado serve para medições lineares. Pode ser de madeira ou plástico, com um ou dois metros de comprimento (mais usado). A trena é um instrumento para medição linear e em curvas. É constituída por uma fita de aço flexível, em cuja superfície está gravada graduação no sistema métrico decimal e em polegadas.

Por serem estruturais, alguns produtos são indispensáveis na hora de construir ou de reformar sua casa. Um exemplo disso são os tubos e conexões hidráulicas, cuja função é permitir a  instalação de diversos pontos de água na sua residência. Os tubos são os canos por onde passa a água e as conexões fazem as ligações entre eles e podem ter formatos variados (como as versões em T ou com curvas 45° e 90°, entre outros).

3.4 Procedimentos experimentais

3.4.1

a) Meça, com a tira de papel, a extensão da circunferência da esfera do gerador, em torno da linha equatorial.

b) Com a trena meça e anote o valor da circunferência C da linha equatorial do gerador, marcada sobre a tira de papel.

c) Através da expressão matemática C=2R calcule e anote o raio da esfera do gerador.   [pic 1]

R=____________________

3.4.2 A medida do potencial na superfície externa da esfera do gerador

a) O potencial máximo a que pode ser submetida uma esfera carregada depende do valor do campo elétrico a partir do qual o meio que a circunda se torna condutor (ruptura da rigidez dielétrica). Para o ar, sob determinadas condições atmosféricas, esse valor é aproximada de x [V/m].[pic 2][pic 3]

b) Empregando a expressão , determine o potencial  que o gerador pode ser submetido.[pic 4][pic 5]

c) Conecte a esfera menor ao gerador conforme a figura 01.

d)  Ligue o gerador e aproxime a esfera menor da esfera maior.

A emissão de centelha indica que a rigidez dielétrica do ar foi rompida e que o potencial do gerador é igual ao  calculado, considerando o para o ar envolvido. [pic 6][pic 7]

e) Determine a quantidade de carga elétrica acumulada na superfície da esfera do gerador

f) Conhecido o valor da carga elétrica elementar e= 1,6x, estipule o numero de elétrons livre ( portadores de cargas) distribuídos na superfície da esfera do gerador.[pic 8]

1. A medida da área da superfície da esfera do gerador

[pic 9]

a) Empregando a expressão , calcule e anote a  da esfera.[pic 10][pic 11]

b) Calcule a área A do elemento acumulador de cargas do gerador ( calota maior ) subtraindo a área da calota menor ( hachurada na figura 02 ) que é aproximadamente 8,8 % de , logo:[pic 12]

3.4.4 Medidas da densidade superficial de cargas

a) Calcule e anote a densidade superficial de carga existente na esfera do gerador quando submetido ao potencial máximo , considerando x [V/m] para o ar envolvente.[pic 13][pic 14][pic 15]