Trabalho Completo Fisica III

ATIVIDADE DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO - FÍSICA III

GERADOR DE VAN DE GRAAFF

Introdução

O equipamento estranho que eriça os cabelos de quem o toca se chama gerador Van de Graaff. O dispositivo parece uma grande bola de alumínio montada sobre um pedestal.

O que é o gerador? O físico americano Robert Jemison Van de Graaff inventou o gerador Van de Graaff em 1931. O dispositivo, que leva seu nome, tem a capacidade de produzir voltagens extremamente altas, até 20 milhões de volts.

Van de Graaff inventou o gerador para fornecer a alta energia necessária para os primeiros aceleradores de partículas.

Experimento com a haste e a bolinha de isopor com alumínio em volta

Aproxima a haste da máquina de Van de Graaff sem tocar na bolinha. A bolinha eletricamente neutra ficará polarizada, com isso será atraída pela esfera da máquina de Van de Graaff através do campo elétrico, pois cargas opostas as da haste da máquina ficarão na região mais próxima da haste, portanto a força de atração será maior que a de repulsão (força elétrica entre as cargas da haste e as cargas de mesmo sinal que ficaram mais afastadas da haste).

Repita a operação colocando a haste a diversas distâncias da bolinha. Depois toque a bolinha na haste da máquina de Van de Graaff e verifique o que acontece agora (a bolinha ficará com carga de mesmo sinal que a carga da haste da máquina de Van de Graaff com isso a bolinha será repelida).

Incentive o aluno a descobrir o sinal da carga adquirida pela bolinha após o contato com a haste (é necessário que o aluno tenha uma carga de prova conhecida, ele pode obtê-la através da eletrização por atrito de dois materiais e posteriormente consultando uma série tribo elétrica que contenha esses dois materiais).

Fundamentos teóricos

Gerador de Van de Graaff Robert Van de Graaff (1901-1967), físico Americano, foi o criador do instrumento. Ele construiu o primeiro destes geradores que levou seu nome em 1931, com o propósito de produzir uma diferença de potencial muito alta (da ordem de 20 milhões de volts) para acelerar partículas carregadas que se chocavam contra blocos fixos. Os resultados das colisões nos informam das características dos núcleos do material que constituem o bloco.

O Gerador de Van de Graaff é um gerador de corrente constante, enquanto que a bateria é um gerador de voltagem constante, o que varia é a intensidade dependendo de quais os aparelhos são conectados. Este gerador utiliza-se de uma Correia Móvel para acumular Tensão Eletrostática muito alta na cavidade de uma Esfera de Metal.

O gerador eletrostático tipo Van de Graaff, tem capacidade para 200 KV, sua esfera tem 18 cm de diâmetro, é removível e dispõe de conexões para aterramento.

A sustentação é construída em acrílico e possui articulação na ligação com a base, mede 45 cm de altura. A correia de borracha tem 6 cm de largura e se movimenta sobre 04 polias (19 m de diâmetro), acionada por um motor elétrico de 1/8 de HP funcionando em 110 ou 220 V, conforme a sua rede local de energia e é munido de controle eletrônico da velocidade de rotação do motor.

O conjunto está fixado em uma base metálica cujas dimensões são (40x30x2)cm. O conjunto é integrado por uma cuba de vidro, 7 eletrodos, 2 fixadores de eletrodos, 2 cabos de ligações e torniquete eletrostático.

Procedimento Experimental

Ligamos o aparelho e aproximamos o bastão de teste da cabeça do gerador (figuras 16 e 17).

Figura 16: Gerador de correia com bastão

Resultado Foi verificado que o gás em questão é o ar atmosférico. No momento em que aproximamos o bastão de teste ao Gerador ocorreu uma transferência visível de elétrons de um corpo para o outro. Essa transferência é denominada descarga elétrica, que é o rompimento de elétrons no ar.

Figura 17: Aproximação do bastão de teste junto à cabeça do gerador

A transferência é parecida com o fenômeno natural, os raios, possuindo até mesmo uma cor parecida, sendo esbranquiçado e com o espectro combinado do oxigênio e do nitrogênio. O raio algumas vezes parece possuir outras cores, quando ocorre em ambientes e meios diferentes. Em contraste com o amarelo das luzes artificiais, o raio pode parecer azulado e vice-versa.

Processos de Eletrização

Existem três tipos de Eletrização de corpos:

Eletrização por Atrito: Tem-se a eletrização por atrito quando se atrita dois corpos. Ex.: pegando-se um canudinho de refrigerante e atritando-o com um pedaço de papel (pode ser higiênico); observa-se através de experimentos que ambos ficam carregados com a mesma quantidade de cargas, porem de sinais contrários.

Figura 4: Eletrização por atrito

Eletrização por Contato: Quando dois corpos condutores entram em contato, sendo um neutro e outro carregado, observa-se que ambos ficam carregados com cargas de mesmo sinal. Ex.: tendo-se um bastão carregado e uma esfera neutra inicialmente, ao tocarem-se as esferas com este bastão verifica-se que a esfera adquire a carga de mesmo sinal daquela presente no bastão.

Figura 5: Eletrização por contato

Eletrização por Indução: A indução ocorre quando se tem um corpo que está inicialmente eletrizado e é