Fisica Experimental

Resumo

Neste experimento estudaremos o princípio do funcionamento eletroscópio de folhas e do gerador de Van de Graaff, observaremos a teoria dos condutores que diz que pelo princípio de atração e repulsão, cargas com sinais opostos são atraídas e com sinais iguais são repelidas.

Introdução

Gerador de Van de Graaff

Os átomos da matéria são formados de uma grande quantidade de partículas. Dentre elas as mais conhecidas são os prótons(carga positiva),os elétrons (carga negativa) e os nêutrons (carga nula). Diz – se que, quando o número de prótons em um átomo é igual ao número de elétrons, este permanece neutro. Pode-se estender este raciocínio à matéria em geral. Esta condição é chamada de Equilíbrio Eletrostático.No entanto, este equilíbrio pode ser desfeito. Isto é possível a partir de um processo chamado de Eletrização, que pode ocorrer de três maneiras: atrito, contato e indução. Para reproduzir estes processos é utilizado um equipamento chamado Gerador de Van de Graaff ou gerador eletrostático de correia. Este equipamento foi desenvolvido pelo Engenheiro americano Robert Jemison Van de Graaff (1901 – 1967) que, motivado por uma conferência que assistira de Marie Curie, passou a se dedicar a pesquisas no campo da Física Atômica. Uma das conseqüências destes estudos é a construção do gerador que leva seu nome, o qual teve aplicação direta em várias áreas do conhecimento como na medicina e na indústria. Nas escolas, este aparelho é destinado ao estudo experimental da eletrostática. Um motor movimenta uma correia isolante que passa por duas polias, uma delas acionada por um motor elétrico que faz a correia se movimentar. A segunda polia encontra-se dentro da esfera metálica oca. Através de pontas metálicas a correia recebe carga elétrica de um gerador de alta tensão. A correia eletrizada transporta as cargas até o interior da esfera metálica, onde elas são coletadas por pontas metálicas se conduzidas para a superfície externa da esfera.

A figura abaixo mostra um Gerador de Van de Graaff

Eletroscópio de Folhas

O eletroscópio é um dispositivo que nos permite verificar se um corpo está eletrizado. Este aparelho consiste essencialmente de haste condutora tendo, em sua extremidade superior, uma esfera metálica, na extremidade inferior, duas folhas metálicas leves, sustentadas de modo que possa se abrir e fechar livremente. Funciona da seguinte maneira:

Aproximando da esfera do eletroscópio um corpo eletrizado positivamente, haverá indução eletrostática na parte metálica do aparelho: os elétrons livres serão atraídos para a esfera, fazendo aparecer nas folhas um excesso de cargas positivas. As duas folhas, estando eletrizadas com cargas de mesmo sinal, se abrem em virtude da força de repulsão entre elas. Portanto, a abertura das folhas do eletroscópio, quando aproximamos um corpo de sua esfera, nos indica que este corpo está eletrizado. É fácil perceber que, ao afastarmos o corpo eletrizado, os elétrons da esfera serão atraídos para as folhas, neutralizando a carga positiva aí existente e fazendo com que elas se fecham.

Isolantes e Condutores

Todos os corpos são constituídos por átomos e estes são formados por partículas com pequenas dimensões que são os nêutrons (não possuem carga), os prótons (partículas de carga positiva) e os elétrons (partículas de carga negativa). Os nêutrons juntamente com os prótons ficam no interior do núcleo, e os elétrons ficam na eletrosfera. Para manter esses elétrons sempre em órbita na eletrosfera, existem forças internas que os seguram, não deixando que os mesmos escapem. No entanto, quanto maior a distância entre a órbita e o núcleo, mais fraca é a força que mantém o elétron preso ao átomo, pois, dessa forma, pode se mover com certa liberdade no interior do material, dando origem aos chamados elétrons livres.

O que determina se um material é condutor ou isolante é justamente a existência dos elétrons livres. São eles os responsáveis pela passagem e transporte da corrente elétrica através dos materiais. São chamados de condutores aqueles materiais onde há possibilidade de trânsito da corrente elétrica através dele como, por exemplo, o ferro. Este é um elemento químico que possui dois elétrons na última camada, os quais estão fracamente ligados ao núcleo.Dessa forma, o ferro se torna um ótimo condutor de eletricidade.Com os materiais isolantes, também chamados de materiais dielétricos, ocorre o processo inverso. Nesses materiais, os elétrons estão fortemente ligados ao núcleo atômico, ou seja, eles não possuem elétrons livres ou a quantidade é tão pequena que pode ser desprezada. Dessa maneira, não permitem passagem de corrente elétrica. São bons exemplos de materiais isolantes: o vidro, a borracha, a cerâmica e o plástico.

Processos de eletrização

O processo pelo qual um corpo adquire carga elétrica é conhecido como eletrização. Quando um corpo ganha elétrons, dizemos que ele foi eletrizado negativamente, pois o número de elétrons no corpo é maior que o número de prótons no mesmo. E, quando um corpo perde elétrons o número de prótons é maior que o de elétrons, então, dizemos que o corpo está positivamente eletrizado.

Eletrização por atrito - Ocorre quando atritamos dois corpos de substâncias diferentes (ou não), inicialmente neutros, e haverá transferência de eletros de um corpo para o outro, de tal forma que um corpo fique eletrizado positivamente (cedeu elétrons), e outro corpo fique eletrizado negativamente (ganhou elétrons). A eletrização por atrito é mais forte atritamos um material com facilidade de receber elétrons com um que tenha facilidade de recebê-los.

Alguns materiais quando atritados aos pares (um contra o outro), geram mais cargas elétricas livres do que outros pares. Uma vez que a eletrização de um corpo nada mais é do que a quantidade de partículas carregadas em excesso na superfície do material desse corpo, oriundas do processo de atrito entende-se que existem certos materiais que tem maior tendência de fornecer elétrons (e assim tornarem-se positivamente eletrizados) ou de receber elétrons (e assim tornam-se negativamente