Gerador De Van Der Graaff

Relatório nº3 – Gerador de Van De Graaff

1. Introdução Teórica

Gerador de Van De Graaff

Foi pensando em conseguir altas tensões que, em 1929, o físico americano Robert Jemison Van de Graaff construiu o primeiro modelo de gerador, que acabou por receber o nome de Gerador de Van de Graaff em sua homenagem. Esse aparelho teve, e ainda tem, larga aplicação na física atômica como também na medicina e na indústria. Nos laboratórios de ensino médio e superior utilizam-se modelos simplificados desse gerador para fins de demonstrações de eletricidade.

Esse gerador é composto por:

• Um motor;

• Dois cilindros;

• Um conjunto de correias;

• Um conjunto de escovas;

• Um terminal de saída, que na maioria das vezes é uma grande esfera de metal ou de alumínio.

O gerador de Van de Graaff funciona através da movimentação de uma correia que é eletrizada por atrito na parte inferior do aparelho. Ao atingir a parte superior as cargas elétricas, que surgiram com o processo de eletrização, são transferidas para a superfície interna do metal, sendo então distribuídas para toda a superfície da esfera metálica, ficando carregada de cargas elétricas. Se durante o funcionamento do gerador aproximarmos o dedo ou um objeto de metal perceberemos leves descargas elétricas que ocorrem em razão da diferença de potencial (ddp).

Vento Elétrico

Consiste numa vela localizada entre os terminais ou polos de um gerador eletrostático. As cargas positivas, no polo esquerdo, atraem intensamente os elétrons das partículas de ar vizinhas. Alguns desses elétrons se desprendem, de modo que as partículas fiquem carregadas positivamente.

Tais partículas carregadas ou íons repelidos pelas cargas do polo esquerdo deslocam-se para a direita arrastando consigo várias partículas de ar. A chama da vela se inclina para um polo, forçada por uma “corrente de ar” que se denominada “Vento Elétrico”.

Lei das Pontas

O poder das pontas é a forma como é chamado o princípio físico que rege o funcionamento de alguns objetos do nosso cotidiano, como os para-raios e as antenas. Ele foi utilizado por Benjamin Franklin, em 1752, em sua famosa experiência da pipa, que deu origem à sua invenção mais famosa, o para-raios.

Segundo este princípio, o excesso de cargas elétrica em um corpo condutor é distribuído por sua superfície externa e se concentra nas regiões pontiagudas ou de menor raio. É nas pontas que a energia é descarregada. Isso ocorre porque as extremidades são regiões muito curvas e, como a eletricidade se acumula mais nessas áreas, um corpo eletrizado dotado de pontas acumula nelas sua energia. A densidade elétrica de um corpo será sempre maior nas regiões pontudas em comparação com as planas.

Sendo assim, uma ponta sempre será eletrizada mais facilmente do que uma região plana. Isso também explica o fato de um corpo já eletrizado perder sua carga elétrica principalmente pelas terminações, sendo difícil mantê-lo dessa forma. Além disso, essa extremidade eletrizada tem sobre os outros corpos um poder muito maior do que as áreas que não são pontudas.

É devido a esse princípio que se recomenda, em dias de tempestade, a não permanência embaixo de árvores ou em regiões descampadas, porque a árvore e o corpo humano atuam como pontas em relação à superfície do solo, atraindo os raios. Se estiver em um local sem proteção é recomendado ficar abaixado, com os braços e pernas bem juntos, em forma de esfera, evitando que seu corpo funcione como uma ponta.

Gaiola de Faraday

Gaiola de Faraday é a designação pela qual se tornou conhecida uma experiência efetuada por Michael Faraday, em 1836, para demonstrar que uma superfície condutora eletrificada, que possui um campo elétrico nulo no seu interior. Isso acontece porque as cargas se distribuem de forma homogênea na parte mais externa da superfície condutora, deixando de haver manifestação de fenômenos elétricos no seu interior.

Um condutor, quando carregado, tende a espalhar suas cargas uniformemente por toda a sua superfície. Se esse condutor for uma esfera oca, por exemplo, as cargas serão distribuídas pela superfície externa. Visto que as cargas se repelem, e tendem a se afastar o mais possível umas das outras, concentrando-se na periferia. Os efeitos de campo elétrico criados no interior do condutor acabam se anulando, obtendo assim um campo elétrico nulo.

Para provar esse efeito, Faraday construiu uma gaiola de metal carregada por um gerador eletrostático de alta voltagem e colocou um eletroscópio no seu interior para provar que os efeitos do campo elétrico gerado pela gaiola eram nulos. O próprio Faraday entrou na gaiola para provar que seu interior era seguro.

2. Objetivos

Compreender o conceito de carga elétrica utilizando o gerador de correia, através do vento elétrico, lei das pontas e a gaiola de Faraday.

3. Material Utilizado

Gerador de Van De Graaff ou de correia; Eletrodo de ponta; Cabos com pino banana; Vela; Fósforo; Torniquete Elétrico; Fita adesiva; Tiras de papel alumínio; Lâmpada fluorescente; Cuba de vidro; Uma pessoa.

4. Metodologia

• Procedimento Experimental 1: Lei das Pontas

1º passo: Colocar as mãos da pessoa devidamente isolada no gerador desligado;

2º passo: Ligar o gerador e observar o que acontece;

3º passo: Colocar o eletrodo com ponta no gerador;

4º passo: Colocar o torniquete elétrico no eletrodo com ponta;

5º passo: Ligar o gerador e observar o que acontece.

• Procedimento Experimental