Gerador De Van Der Graaf

Introdução teórica

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. Nos Estados Unidos, esses aceleradores de partículas eram conhecidos como esmagadores de átomos por acelerar partículas subatômicas a grandes velocidades e depois as "esmagar" contra os átomos do alvo. As colisões resultantes criavam outras partículas subatômicas e radiação de alta energia como os raios X. A capacidade de criar essas colisões de alta energia é o fundamento das físicas nuclear e de partículas.

Os geradores Van de Graaff são descritos como dispositivos eletrostáticos de corrente constante. Quando uma carga é colocada num gerador desse tipo, a corrente (amperagem) continua a mesma. É a voltagem (tensão) que varia com a carga. No caso desse gerador, conforme você se aproxima do terminal de saída (esfera) com um objeto aterrado, a voltagem diminui, mas a corrente permanece a mesma. De maneira oposta, as baterias são conhecidas como dispositivos de "voltagem constante" porque, quando são ligadas a um circuito, a voltagem permanece a mesma. Um bom exemplo é a bateria do carro. Uma bateria de carro totalmente carregada produz cerca de 12,75 volts. Se você acender os faróis e checar a voltagem, verá que ela continua relativamente a mesma. Ao mesmo tempo, a corrente vai variar com a carga. Seus faróis, por exemplo, necessitam de 10 ampères, mas seus limpadores de para-brisas podem necessitar de somente 4 ampères. Independentemente do que você ligar, a voltagem continuará a mesma.

Em escolas e faculdades, 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 e conduzidas para a superfície externa da esfera.

r=C/2π (1.1)

Ag=0,912 .(4πr^2 ) (1.2)

V=E.d (1.3)

Q= (V.d)/K (1.4)

σ= Q/A (1.5)

Q=n.e (1.6)

Objetivos da experiência

Determinar o potencial elétrico fornecido pelo gerador e a quantidade de cargas acumuladas no gerador.

Materiais Utilizados

Barbante

Régua de 30 cm

Bastão de teste

Gerador de Van der Graaff

Procedimento Experimental

Utilizamos um barbante para medir o diâmetro do globo do gerador de Van der Graaff.

Observamos que o globo do gerador não é uma esfera perfeita, 8,8% de sua área de superfície total foi retirada. Calculamos então a área de superfície do globo.

Verificamos então para qual distância do gerador, podemos ouvir a produção de faísca no globo menor usando o bastão de teste, e determinamos o potencial de ruptura.

Sabendo o potencial do globo, determinamos a carga acumulada em sua superfície.

Determinamos a quantidade de portadores de carga em excesso (elétrons em excesso, ou ausência de elétrons resultando em um excesso de prótons) na superfície do globo.

Determinamos a densidade superficial de cargas sobre o globo.

Repetimos os procedimentos descritos acima mais uma vez, utilizando outro gerador de Van der Graaff.

Resultados obtidos

Gerador 1

(1.1) r=C/2π = 0,790/2π = 0,126m

(1.2) Ag=0,912 .(4πr^2 ) = 0,912 . (4π. 0,126²) = 0,182m²

(1.3) V=E.d = 3.〖10〗^(6 ). 5,5.〖10〗^(-2) = 1,65 . 〖10〗^5 V

(1.4) Q= (V.d)/K = (1,65.〖10〗^5.5,5 .〖10〗^(-2) )/(9.〖10〗^9