Conversão de Energia Eletrostatica

7/24/2019 Converso de Energia Eletrostatica

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MOTOR ELETROSTTICO:CONVERSO DE ENERGIA ELETROSTTICA EM

TRABALHO MECNICO


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Sumrio

1 RESUMO...........................................................................................................3

2 INTRODUO................................................................................................... 4

2.1 Eletrosttica...............................................................................................4

2.1.1 Histrico..............................................................................................5

2.2 Motor Eletrosttico.....................................................................................

2.3 !ei "e #o$lo%&.........................................................................................'

3 O()ETI*O..........................................................................................................+

4 RE*ISO D, !ITER,TUR,.................................................................................-

5 METODO!OI,...............................................................................................1/

6 RESU!T,DOS.................................................................................................. 1/

7 DIS#USSO DOS RESU!T,DOS.......................................................................1/

8 #ON#!USO...................................................................................................1/

Frmulas.............................................................................................................12


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1 RESUMO

Motor Eletrosttico


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Autores:

O motor eletrosttico composto basicamente por dois estatores e umrotor, fundamenta-se em foras de atrao entre car!as eltricas de sinaiscontrrios e de repulso entre car!as de mesmo sinal" #eu funcionamento poss$%el de%ido ao aparecimento de car!as eltricas indu&idas no rotor'ue so atra$das por car!as eltricas das (astes do estator, dando ori!em) fora eletrosttica 'ue cria o tor'ue do motor" *o !irar, a car!a positi%a

acumulada em uma das placas do rotor apro+ima-se da car!a ne!ati%a,produ&indo fa$sca eltrica 'ue se incumbe de in%erter a car!a parane!ati%a" O processo oposto ocorre 'uando essa car!a ne!ati%a apro+ima-se da car!a positi%a" O resultado ser uma troca do sentido da fora deinterao entre as car!as, passando de atrao para repulso, o 'ueresulta em um momento do ei+o do motor" sta obra tem como obeti%odemonstrar a interao entre car!as eltricas de forma te.rica e praticaatra%s da construo de um modelo com materiais de bai+o custo e deuso domestico baseado no motor eletrosttico de /enamin 0ranlin"

ala%ras-(a%es motor letrosttica car!as ltricas


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2 INTRODUO

2.1 Eletrosttica

letrosttica, ramo da f$sica 'ue estuda os campos eltricos associados a

car!as eltricas em repouso" O estudo da eletricidade esttica, emoposio ao estudo de car!as eltricas em mo%imento 'ue !eramcorrentes eltricas, parte importante da teoria clssica doletroma!netismo e tem !rande aplicao na indstria e desen%ol%imentode tecnolo!ia" dois tipos de car!a eltrica, a positi%a e a ne!ati%a, eambas e+ercem fora uma sobre a outra" #e as car!as esti%erem emrepouso, a fora c(amada de fora eletrosttica" *s car!as de mesmapolaridade se repelem uma car!a positi%a repele outra car!a positi%a euma car!a ne!ati%a repele outra car!a ne!ati%a9 e as car!as compolaridades in%ertidas se atraem uma car!a positi%a atrai uma car!ane!ati%a9" :m e+emplo comum do efeito eletrosttico a 'uantidade depoeira 'ue se acumula sobre obetos plsticos, tais como aparel(ostelef;nicos e telas de m car!a eltricane!ati%a" m al!uns materiais, c(amados condutores, al!uns eltrons

podem ser facilmente separados de seus tomos e se mo%er com relati%aliberdade atra%s do material" sse flu+o de eltrons constitui umacorrente eltrica" Os tomos tambm cont>m part$culas com car!a eltricapositi%a, os pr.tons" ?o entanto, estes ficam no ncleo do tomo e deleno podem sair" Os materiais !eralmente cont>m um nmero i!ual depr.tons e de eltrons e, por isso, sua car!a eltrica nula, ou sea, soneutros" ?o entanto, )s %e&es poss$%el dar a um pedao de materialmais eltrons, de modo 'ue fi'ue com car!a eltrica ne!ati%a ou tirar-l(eal!uns, dei+ando-o com car!a eltrica positi%a" ?o processo, al!um outromaterial tem 'ue !an(ar ou perder eltrons" +emplos simples so

esfre!ar um pedao de plstico num tecido, ou um balo de borrac(anuma roupa de l" * frico entre os obetos fa& os eltrons setransferirem de um para outro" O obeto 'ue perde eltrons fica positi%o eo 'ue os recebe fica ne!ati%o"


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2.1.1 Histrico

O fen;meno eletrosttico mais anti!o con(ecido o 'ue ocorre como @mbaramarelo no momento em 'ue recebe o atritoe atrai corpos le%es"

Tales de Mileto, no s!lo VI a"C", con(ecia o fen;meno e procura%adescre%er o efeito da eletrosttica no @mbar"


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2.2 Motor Eletrosttico

O motor eletrosttico de 0ranlin consiste, essencialmente, em uma rodaisolante 'ue pode !irar em um plano (ori&ontal ao redor de um ei+o commancal de rolamento de esferas de bai+o coeficiente de atrito fi!ura 19"

ada raio dessa roda, ori!inalmente %areta de %idro, le%a um pe'uenoIdedalI de bron&e em sua e+tremidade li%re"0ranlin utili&ou duas !arrafas de DeCden Icarre!adasI com car!as eltricasde sinais opostos" Os terminais dessas !arrafas, situados em ladosdiametralmente opostos da roda m.%el, ficam a uma dist@ncia m$nima dosdedais 'ue os defrontam" Be cada terminal salta uma fa$sca eltrica parao IdedalI 'ue o defronta, transferindo para esse uma 'uantidade de car!ade mesmo sinal, o 'ue ori!ina fora de repulso proporcionando ummomento roda" sses mesmos dedais, antes de trocar de polaridadede%ido fa$sca, so atra$dos pelo terminal da !arrafa de DeCden pr.+ima,

o 'ue tambm proporciona momento para a roda" O momento total 'ue aroda recebe , portanto, soma dos momentos correspondentes )s forasatrati%as e repulsi%as"


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0i!ura 1

2.3 !ei "e #o$lo%&

* Lei de Coulomb uma lei da 0$sica'ue descre%e a interaoeletrosttica entre part$culas eletricamente carre!adas" 0oi formulada epublicada pela primeira %e& em 1783pelo f$sico franc>s (arles *u!ustinde oulomb e foi essencial para o desen%ol%imento do estudo da

letricidade"sta lei estabelece 'ue o m.dulo da foraentre duas car!as eltricaspuntiformes21e 229 diretamente proporcional ao produto dos %aloresabsolutos m.dulos9 das duas car!as e in%ersamente proporcional ao'uadrado da dist@ncia rentre eles" sta fora pode ser atrati%a ourepulsi%a dependendo do sinal das car!as" J atrati%a se as car!as ti%eremsinais opostos" J repulsi%a se as car!as ti%erem o mesmo sinal"

0i!ura 2Bia!rama 'ue descre%e o mecanismo bsico da lei de oulomb" *s car!as i!uais

se repelem e as car!as opostas se atraem

*p.s detal(adas medidas, utili&ando uma balana de toro, oulombconcluiu 'ue esta fora completamente descrita pela se!uinte

e+presso
http://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://pt.wikipedia.org/wiki/1783http://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7ahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9tricahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9tricahttp://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://pt.wikipedia.org/wiki/1783http://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7ahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9tricahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9trica


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F 1

4 0

q1q

2

r2

r

OndeF a fora, em ?eKton?90 8.854 10

12

2

r a dist@ncia entre as duas car!as pontuais, em metrosm9 eq1e q2, os respecti%os %alores das car!as, em oulomb9"

r o %etor 'ue indica a direo em 'ue aponta a fora eltrica"

or %e&es substitui-se o fator1

4 0

por , a constante de oulomb, com

k 9.98 109

?LmMNM"

*ssim, a fora eltrica, fica e+pressa na forma F=kq1

q2

r2

r

* notao anterior uma notao %etorial compacta, onde no especificado 'ual'uer sistema de coordenadas"#e a car!a 1 esti%er na ori!em e a car!a 2 no ponto com coordenadascartesianas +,C,&9 a fora de oulomb toma a forma

F 1

4 0

q1

q2

(x2+y2+z2 )3 /2 (x

i+y j+z k)

omo a car!a de um oulomb 19 muito !rande, costuma-se usarsubmltiplos dessa unidade" *ssim, tem-se

1milicoulomb 1PQ -3 1microcoulomb 1PQ -6

1nanocoulomb 1PQ -R 1picocoulomb 1PQ -12

2.4 0$cioa%eto "o Motor Eletrosttico

O motor eletrosttico composto de dois SestatoresT, 'ue so li!ados )fonte de alta tenso e se carre!am eletricamente um SrotorT 'ue ficaentre os estatores e por fim duas Sesco%asT 'ue so os entes 'uetransferem car!as entre os estatores e o rotor" * fi!ura a se!uir ilustrabem todo o processo.
http://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7ahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Newtonhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Coulombhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Metrohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9tricahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Coulombhttp://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7ahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Newtonhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Coulombhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Metrohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9tricahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Coulomb


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Os estatores so fi+os na base do motor e so carre!ados eletricamentepor uma fonte de alta tenso" :m dos estatores fica carre!ado com car!aspositi%as %ermel(o9 e o outro com car!as ne!ati%as a&ul9"O rotor possui tr>s partes distintas isoladas eletricamente" *s Sesco%asTtransferem car!as de um dos estatores para uma das tr>s partes" *sSesco%asT esto li!adas aos estatores, mas no diretamente ao rotor, ousea, elas no se encostam ao rotor" * car!a transferida atra%s de umafa$sca, ou sea, ocorre ) ioni&ao do ar pela alta tenso, assim o artorna-se condutor nesta re!io, rompendo sua ri!ide& dieltrica"

Uuando as Sesco%asT transferem parte da car!a dos estatores para umadas tr>s partes do rotor, esta parte fica com car!a do mesmo sinal 'ue ado estator, desta forma a parte do rotor atra$da pelo estator de car!acontrria e repelida pelo estator de mesma car!a foras de oulomb9"


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*cima temos uma fi!ura com as lin(as de campo eltrico !eradas pelosestatores" #e uma car!a positi%a for colocada neste campo, a fora sobreela ter direo tan!ente ) lin(a de campo onde ela se situa e sentidodado pelas setas na fi!ura" #e a car!a ne!ati%a a direo da fora a

mesma, mas no sentido oposto"odemos fa&er uma anlise 'uantitati%a da din@mica do sistema" :meltron colocado pr.+imo ao estator ne!ati%o tende a ir ao positi%o, comomostra as lin(as de campo da figur !" m um motor eletrosttico, aofa&er este traeto, o eltron passa pelo rotor"#e o eltron parte com %elocidade nula do estator ne!ati%o e c(e!a aoestator positi%o tambm com %elocidade nula, toda ener!ia potencialeltrica do eltron con%ertida em ener!ia cintica do motor"O motor eletrosttico tem sua pot>ncia diretamente proporcional )diferena de potencial aplicada em seus terminais"

omo o motor funciona de%ido ao princ$pio de atrao de car!as eltricasde sinais opostos e repulso de car!as eltricas de mesmo sinal, 'uandocolocamos altos potenciais nas partes metlicas do motor eletrosttico,carre!amos eletricamente com car!as positi%as um dos terminais domotor e ne!ati%as o outro" * 'uantidade destas car!as nos terminais domotor proporcional ) diferena de potencial aplicada por V=" ', ousea, a car!a do sistema, ', diretamente proporcional a diferena depotencial,=, sendo a constante de proporcionalidade, , a capacit@nciado sistema" , por fim a fora aplicada no motor diretamenteproporcional ) 'uantidade destas car!as pela lei de oulomb

S01T a fora na car!a 1 S'1T de%ido ) car!a 2, S'2T,in%ersamente proporcional ao 'uadrado da dist@ncia entre elas SrT, W apermissi%idade eltrica do meio" r o %ersor 'ue aponta da car!a 1 paracar!a 2, na direo 'ue une as car!as"

m um motor com diferena de potencial de V= 1P= nos terminais, umeltron tem ener!ia potencial, em %alor absoluto, e"V=, com e 1,6"1P-1R. Do!o a ener!ia transferida por um eltron ao motor 1,6"1P-15X. Yma!inando 'ue a corrente eltrica no motor i 1Z*, o

nmero de eltrons por se!undo 'ue c(e!am ao estator positi%o n iNe 6,25"1P 12eltronsNs, conferindo uma pot>ncia ao motor n" i"V= P,P1G" ot>ncia bastante pe'uena em comparao com motoresma!netostticos" O momento de inrcia do rotor em torno do ei+o derotao Y F[2, se estimarmos o peso da rotor em 1P! e o seu raio em5cm temos Y 2,5"1P -5 \!"m2


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3 O()ETI*O

sse trabal(o tem como obeti%o demonstrar, de maneira didtica esimples, o funcionamento de um motor eletrosttico, a interao entrecar!as eltricas de forma te.rica e pratica e re%isar o conceito demomento de uma fora relati%o a um ponto, como produto de duas!rande&as a intensidade da fora e o brao de ala%anca, dist@ncia doponto p.lo9 at a direo da fora, baseando-se no modelo desen%ol%idopor /enamin 0ranlin em 1748, utili&ando materiais de bai+o custo e deuso domestico e um !erador eletrosttico de =an der Eraaff

4 RE*ISO D, !ITER,TUR,

m 1672 Otto =on Euericefa& pes'uisas sobre eletri&ao por atrito o'ue possibilitou 'ue posteriormente ele in%entasse o primeirodispositi%o !eradorde eletricidade esttica, este era constitu$do deuma esfera!irat.ria composta de en+ofre com o 'ual foi conse!uida aprimeira centel(a eltricaatra%s de m'uinas"O primeiro motor eletrosttico foi desen%ol%ido em 1742 Slectric /ellT,

por Eordon9, no sculo 18 "et%!s Van M!ss-en$%oe&em 1745descobriu a condensao eltrica aoin%entar a !arrafa de DeCden, o primeiro capacitor, 'ue permitiu aumentaros efeitos das centel(as eltricas, em 1748, /enamin 0ranlin completouseu proeto, c(amado Sroda eltricaT, fa&endo uso das !arrafas de leCden'ue etrus in%entou"Fotores mais potentes foram constru$dos desde ento como o c(amadomotor de descar!a in%entado por Ole3" D" 4e5i(en&o on-eido 6%o5esso%e 6es2!isado% na 7%ea do elet%o(a3netis(o":m motor eletrosttico de 5PPnm foi criado em 2PP3 por *le+ _ettl,

f$sico de /ereleC" le possui rotor de ouro e ei+o de rotao feito de umnano tubo de carbono"
http://pt.wikipedia.org/wiki/Otto_von_Guerickehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Geradorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Eletricidade_est%C3%A1ticahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Esfera_(geometria)http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Centelha_el%C3%A9trica&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Petrus_Van_Musschenbroek&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/wiki/1745http://pt.wikipedia.org/wiki/Garrafa_de_Leydenhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Capacitorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Otto_von_Guerickehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Geradorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Eletricidade_est%C3%A1ticahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Esfera_(geometria)http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Centelha_el%C3%A9trica&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Petrus_Van_Musschenbroek&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/wiki/1745http://pt.wikipedia.org/wiki/Garrafa_de_Leydenhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Capacitor


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Em 2011 um grupo de pesquisadores da Universidade Tufts, nos Estados Unidos,desenvolveu o primeiro motor do tamano de uma !ni"a mol#"ula movido aeletri"idade, o novo motor mede apenas 1 nan$metro de "omprimento, isto #,seriam pre"isos 1 %il&o deles enfileirados para "egar a 1 metro. * molculade motor, de apenas um nan;metro, 'uebrou o recorde anterior do menor motor eltrico

de 2PP nan;metrosHo0e e( dia t8(9se 3%ades (oti:os 6a%a a 6es2!isa dos (oto%eselet%ost7tios, estes (oto%es s;o (!ito !tilidos na esala de )? 9@Mo!t%o (oti:o 5!nda(ental a $!sa 6o% 5onte de ene%3ia li(6a, o(o aatmosfera da


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RESU!T,DOS


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' DIS#USSO DOS RESU!T,DOS


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+ #ON#!USO

Concluso' motor "onstru(do demonstrou de forma efi"iente o prin"(pio f(si"o da eletrost)ti"a. 'sintegrantes do grupo "onseguiram visuali*ar o efeito produ*ido pelas "argas el#tri"as, o que"ontri%uiu para aumentar os "one"imentos no "ampo da eletrost)ti"a e tam%#m na )rea deme"+ni"a rota"ional. otor eletrost)ti"o "onstru(do empregando-se materiais de f)"il

manipula&o e f)"eis de adquirir e de "onstru&o muito simples.


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- (I(!IOR,0I,

0ERR,RO Nicola$ il&erto 0OO Roal"o #ala"a #aio Sr6io *. Eletrici"a"e.

#ole7o O&8eti9o: Siste%a "e Mto"os "e a;re"isica: eletrici"a"e. ? e"i7o. S7o =a$lo Mo"era 1--3. *ol. 3.

SER@,A R,IMOND ,. )E@ETT )R )OHN @. =ric>;ios "e 0>sica :eletro%a6etis%o. Tra"$7o "a 3B e"i7o orteCa%ericaa. S7o =a$lo: To%so!eari6 2//4. *ol. 3.

SER@,A R,IMOND ,. )E@ETT )R )OHN @. =ric>;ios "e 0>sica : %ecica

clssica. Tra"$7o "a 3B e"i7o orteCa%ericaa. S7o =a$lo: To%so !eari62//'. *ol. 1.

Motor eletrosttico "e 6arraFas. Dis;o>9el e%:tt;:GG.Feira"eciecias.co%.&r. ,cessa"o e% 21G/G2//+.

0r%$las


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=ara se %e"ir a $ati"a"e "e car6a "e $% cor;o $saCse:

=ara calc$lar a itesi"a"e "a correte eltrica$tili


20/20

2G/-G11 P 1-:15

(i&lioFraa

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