UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZDEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

ENGENHARIA MECÂNICA

ELETROSTÁTICA: CARGAS ELÉTRICAS

CARLA MELO (201120305)

LEONARDO GIGANTE (201120293)

MATEUS BEZERRA (201120298)

ILHÉUS - BAHIA

2012

CARLA MELO (201120305)

LEONARDO GIGANTE (201120293)

MATEUS BEZERRA (201120298)

ELETROSTÁTICA: CARGAS ELÉTRICAS

ILHÉUS – BAHIA

2012

Relatório apresentado como

parte dos critérios de avaliação

da disciplina CET176 – Física III.

Turma 02. Data de execução do

experimento: 13/09/2012.

Professora: Fabiane de Jesus

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................1

2. OBJETIVOS............................................................................................................5

3. MATEIRAIS E METODOS..................................................................................6

3.1. MATERIAIS........................................................................................................6

3.2. MÉTODOS...........................................................................................................7

4. RESULTADOS, ANÁLISE DE DADOS E DISCUSSÃO................................8

5. CONCLUSÃO.......................................................................................................13

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................................13

1. INTRODUÇÃO

A eletricidade é um termo geral que engloba uma variedade de

fenômenos físicos que resultam da presença do fluxo de carga elétrica, ou seja,

esta intimamente ligada a transferência de elétrons de um corpo a outro.

Apesar de ter sido reconhecida cientificamente no início do século XVI, suas

consequências e formas de manifestação são facilmente reconhecíveis. Alguns

de seus conceitos serão abordados nos experimentos deste relatório.

A eletrostática, por exemplo, preocupa-se em estudar as propriedades e

comportamentos das cargas elétricas tanto em seu estado de repouso quanto

sua presença em corpos eletrizados. Em decorrência do fluxo de cargas

elétricas, há uma perturbação em volta de sua região chamada campo elétrico.

Dentro deste campo, estas cargas ficam sujeitas a ação de forças elétricas

cargas iguais se repelem cargas diferentes se atraem.

Todo corpo possui cargas elétricas, isso é uma característica da própria

matéria. Os átomos possuem carga tanto positiva quanto negativa em

quantidades iguais. Isso ocorre porque o núcleo é portador de prótons (cargas

positivas) e elétrons (cargas negativas), ressaltando que em um átomo o

numero de elétrons é sempre igual ao numero de prótons em seu interior.

As substancias que possuem átomos que os elétrons se desprendem

facilmente. Metais, ligas metálicas, fios, íons, etc. Possuem partículas

eletrizadas livres em quantidades razoáveis, são denominados condutores,

pois essa característica permite estabelecer corrente elétrica em seu interior.

Os que não possuem essa característica, vidro, lã, plástico, papel, ar, são

chamados de não-condutores.

Os objetos podem adquirir carga de três maneiras distintas:

A) Atrito:

Ao se esfregar um corpo noutro os elétrons da camada da valencia dos

átomos que estão localizados nas regiões mais externas do material se

desprendem e são transferidos de um corpo para outro, lembrando que apenas

os elétrons são transferidos. Ao final do processo um corpo está carregado

positivamente e outro negativamente.

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Com base nessa experiência foi montada uma tabela que revela quais

corpos tem tendência a ficar negativo ou positivo em relação a outro, esta

tabela é conhecida como série triboeletrica, tabela 1.

Tabela 1: Serie triboeletrica

B) Condução:

Para que haja condução é preciso que um dos corpos tenha excesso ou

falta de elétrons, isto é carga eletrica. Um corpo toca noutro por um intervalo de

tempo, suficiente que permita a passagem dos elétrons, e depois separado. No

fim do processo os dois corpos possuem a mesma carga, positiva ou negativa,

ressaltando que nem sempre possuem o mesmo valor.

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C) Indução:

Para este fenômeno um dos copos tem que ser condutor (induzido) e o

outro tem que possuir uma carga elétrica (indutor). Aproxima-se o indutor do

induzido, sem tocar um noutro, as cargas serão alinhadas, conforme mostra a

figura 1.

Figura 1: Alinhamento de cargas elétricas.

É ligado um fio terra no induzido, em que ocorre a passagem de elétrons

da terra para o induzido, figura 2.

Figura 2: Fluxo de elétrons através do fio terra

Quando o fluxo cessar o fio é removido. Ao final do processo os dois

corpos ficam carregados com cargas opostas.

Para melhor entedimento deste relatorio faz-se necessario conhecer os

seguintes objetos e fenômenos:

A) Gerador de Vander Graaf :

Composto por (Figura 3): 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.

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Figura 3: Figura esquematica do funcionamento de um Gerador de Vander Graff

O gerador de Van de Graaff funciona através da movimentação de uma

correia que é eletrizada por atrito. Ao atingir a parte superior as cargas elétricas

são transferidas para a superfície do metal, distribuidas uniformimente.

B) Eletroscópio de folhas:

Formado por duas finas lâminas de material condutor presas numa das

extremidades de uma haste condutora, sendo a outra extremidade fixada uma

esfera condutora. o Sistema é colocado dentro de um recipiente que impensa a

influencia do meio externo suspenso e totalmente isolado.

C) Lâmpada fluorescente tipo bastão:

Composto por um par de eletrodos em cada extremidade, um tubo

selado de vidro, gás inerte (tipicamente o argônio) mantido a baixa pressão e

pó de fósforo.

quando ligada os elétrons são emitidos de um eletrodo por meio de uma

sobretensão. O tubo de vidro é coberto com um material à base de fósforo,

este, quando excitado com radiação ultravioleta gerada pela ionização dos

gases, geralmente vapor de mercúrio, produz luz visível.

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Figura 4:desenho esquematico de uma lâmpada fluorecentes tipo bastão

D) Ligações de hidrogênio:

As forças intermoleculares são as forças que mantêm as moléculas de

uma substância unidas. Entre estas forças, a que têm intensidade mais elevada

e a de Ligação de Hidrogênio. Este tipo de interação ocorre quando a molécula

possui um hidrogênio ligado ao oxigênio, flúor ou nitrogênio que são os

elementos mais eletronegativos.

Esta força forma dipolos e é necessário uma energia muito alta para

romper essas moléculas pois nessa configuração temos elementos muito

negativo que possuem grandes dimensões ligado ao hidrogênio que possui

carga positiva e com dimensões pequenas (raio). Isso torna a intensidade de

ligação forte.

Este tipo de força intermolecular é responsável pelo fenômenos é

responsavel pela tensão superficial da água.

2. OBJETIVOS

Este relatório apresenta a realização de experiência e do estudo

teórico dos fenômenos resultantes da eletricidade assim como suas aplicações

em diversos sistemas.

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3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1. MATERIAIS

Folhas plásticas e de papel

02 tiras de plástico;

02 tiras de papel;

01 folha de papel.

Bastão de PVC e pedacinhos de papel

01 bastão de PVC com a extremidade isolada com durex;

01 folha de papel;

Papel alumínio picotado;

Papel picotado.

Filete de água

02 bastões de PVC com cada uma das extremidades de cada

bastão isolada com durex;

01 folha de papel;

Filete de água.

Bolas de assopro e um fio

02 balões de ar (um preso a um fio com esfera de alumínio na

ponta);

Eletroscópio

01 bastão de PVC com a extremidade isolada com durex;

01 bastão de vidro;

01 régua;

01 eletroscópio;

01 folha de papel;

Algodão.

Gerador eletrostático de correia

6

01 gerador eletrostático de correia;

01 bastão com base de madeira e bola de metal na extremidade;

01 balão de ar preso a um fio;

01 lâmpada (F8D5T);

pelô do braço de um voluntário;

Talco.

3.2. MÉTODOS

Folhas plásticas e de papel

Atritamos dois pedaços de papel separadamente e colocamos em

contato, observamos que os mesmos se repeliram. Em seguida, atritamos duas

folhas plásticas e colocamos em contato, anotamos o que foi observado.

Bastão de PVC e pedacinhos de papel

Friccionamos o bastão de PVC com algodão, tomando cuidado para que

o bastão não tenha contato em nada para que não ocorra o descarregamentos

das cargas adquiridas no processo de atrito. Aproximamos o bastão aos

pedaços de papel e posteriormente pedaços de alumínio, anotamos o que foi

observado. Repetimos o procedimento anterios, porém utilizamos folha de

papel para fricção do bastão, anotamos o que foi observado.

Filete de água

Atritou-se um bastão de PVC e aproximou-se de um filete de água,

anotamos o que foi observado.

Bolas de assopro e um fio

Friccionou-se a bola de assopro em cabelo e aproximamos à outra bola

de assopro presa a um fio de barbante com uma pequana bola de papel

alumínio na extremindade, posteriormente aproximou-se a bola de assopro

atritada à bola de alumínio, anotamos o que foi observado.

Eletroscópio

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Régua Acrílica: com um pedaço de algodão, friccionou-se à régua

acrílica e aproximou-se do eletróscopio e posteriormente, colocou-se em

contato. Fizemos o mesmo procedimento fazendo uso de um pedaço de papel

para fricção da régua. Anotamos o que foi observado.

Bastão de vidro: repetimos o procedimento acima utilizando um

bastão de vidro. Anotamos o que foi observado.

Bastão de PVC: repetimos o procedimento acima utilizando um

bastão de PVC. Anotamos o que foi observado.

Gerador eletrostático de correia

Ligamos o gerador de Van der Graaf, e aproximamos diversos materiais

conforme descrição abaixo:

Bastão de metal c/ cabo de madeira : aproximamos o bastão do

gerador. Anotamos o que foi observado.

Pêlos no braço: aproximou-se o braço ao gerador. Anotamos o

que foi observado.

Talco: colocou-se uma quantidade na parte superior do gerador

de Graaf. Anotamos o que foi observado.

Bola de assopro: Aproximou-se uma bola de assopro ao gerador.

Anotamos o que foi observado.

Lâmpada: aproximou-se uma lâmpada ao gerador. . Anotamos o

que foi observado.

4. RESULTADOS, ANÁLISE DE DADOS E DISCUSSÃO.

1. Folhas plásticas e de papel

Ao friccionarmos as folhas de papel e plásticas, ocorreu a eletrização por

atrito, ou seja, geramos cargas eletrostáticas. No caso do papel, segundo a

série triboelétrica descrita na tabela XXXX (que determina a afinidade elétrica

que materiais cede e receber eletrôns) o papel ficou com carga positiva e o

plástico com carga negativa. Quando aproximamos os corpos de cargas iguais,

papel-papel e plástico-plástico, eles se repeliram. E quando aproximamos os

corpos com cargas opostas eles se atrairam (plástico-papel). Abaixo a figura 6

para exemplificar como as cargas interagem.

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Figura 5: Comportamento das cargas.

2. Bastão de PVC e pedacinhos de papel

Ao friccionarmos o bastão de PVC com algodão e com o papel,

carregamos ele positivamente, por atrito e contato. Quando aproximamos o

bastão dos pedaços de papel e alumínio, ou seja, corpos neutros, eles foram

atraidos para o bastão, em pequenos casos houve repulsão. Observamos que

as forças de atração e repulsão teve uma variação de intensidade devido à

diferença dos materiais conforme tabela abaixo.

Tabela 2: Relação observadas pelo uso de diferentes materiais utilizados e a intensidade da força exercida.

FORÇA ATRAÇÃO PAPEL ALUMÍNIO

BASTÃO - ALGODÃO FRACA FRACA FRACA

BASTÃO - PAPEL FORTE FORTE + FORTE

Podemos dizer que um corpo eletrizado negativamente ou positivamente

sempre atrai corpos neutros. Observamos a repulsão, mínima porém existente,

que podemos justificar pela carga do elemento neutro que exerce uma

similiaridade com o dipolo, exemplificada na figura 7.

Figura 6: Induçao processo de formação do dipolo.

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3. Filete de água

Ao atritarmos um bastão de PVC com papel toalha seco, ocorre a

eletrização por atrito e por concordância com a classificação do material

definida pela série triboelétrica, carregamos o bastão negativamente.

Aproximando-se o bastão eletrizado negativamente a um filete de água,

devido à atração elétrica, ocorre um desvio visível na parte

de baixo da trajetória do filete de água. Então podemos dizer

qua a água foi atraida pelo bastão mas se analizarmos o

fenômeno, e se utilizarmos outro material carregado

positivamente podemos deduzir que deve ocorrer atração ou

repulsão, pois um corpo eletrizado positivamente ou

negativamente exerce atração sobre outro neutro. Isto

ocorre devido as moléculas superficiais do corpo neutro

formarem dipolos em virtude do fenômeno da polarização

de cargas elétricas. Além disso, as moléculas de água, são

naturalmente moléculas polares. As moléculas de água não se vai separar

pois a força atuante nesse sistema é forte, visto que deriva da ligação de

hidrogênio.

4. Bolas de assopro e um fio

Ao friccionar o cabelo na bola de assopro, ocorre a eletrização por atrito.

A bola obtem cargas negativas e por este motivo atrai a outra bola que estava

neutra foi atraida. O mesmo ocorreu com a bola de papel alumínio.

5. Eletroscópio

Nesse experimento utilizamos diferentes materiais conforme tabela

abaixo:

Tabela 3: Relação entre material utilizado e a intensidade da força de repulsão observado no eletroscópio.

  MATERIAL INDUÇÃO CONTATO

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Figura 7: Esquema para exemplificar experimento.

P/ ATRITO

RÉGUA ACRÍLICAALGODÃO FRACA FRACA

PAPEL FORTE FORTE

BASTÃO DE VIDROALGODÃO FRACA FRACA

PAPEL FORTE FORTE

BASTÃO DE PVCALGODÃO FRACA FRACA

PAPEL FORTE FORTE

Obsevamos que a intensidade da força de repulsão dos materiais é

descrita conforme a série triboéletrica e que os diferentes

processos de eletrização resultaram no mesmo comportamento.

Podemos dizer que a intensidade da força de repulsão dos

diferentes materiais utlizados nesse experimento se comportou da

seguinte forma:

BASTÃO PVC > RÉGUA > BASTÃO DE VIDRO

6. Gerador eletrostático de correia

O gerador de Van de Graaff é capaz de armazenar grande quantidade

de eletricidade estática. A esfera acumula carga elétrica positiva. Existe um

campo elétrico perto da esfera que atrai pedaços de papel e outros materiais,

podendo produzir faíscas.

bastão de metal: Quando aproximamos o bastão de metal da

esfera do gerador, ocorre a formaçao de uma diferença de potêncial que pode

romper a resistência do ar. Uma Corrente flui da esfera de metal para o bastão

de metal, podendo observar as faíscas conforme figura 9.

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Figura 8: Eletroscópio de folha.

Figura 9: Esquema para visualizaão do experimento.

pêlos no braço: Quando colocamos o braço próximo à esfera, o

sistema pessoa-esfera fica cerregado positivamente. Como as cargas tendem a

se acumular nas pontas e se repelem por te o mesmo sinal.

Talco: Como o talco é uma partícula neutra, en contato com a

esfera ela é carregada positivamente e posteriormente ela é repelida.

bola de assopro: Quando o balão entrou em contato com o

gerador, ele foi carregado eletricamente negativamente, as cargas foram

distribuidas ao longo da area do balão, quando o balão estava sem cargas

oposta para atração ele foi repelido.

lâmpada: Observamos que ocorreu a formação de faíscas (entre o

pino da lâmpada e o gerador). Isso acontece porque existe um potencial

elétrico gerado pela esfera carregada que rompe a resistência do ar, e decai

com o inverso da distância, as duas extremidades da lâmpada estarão sujeitas

a potenciais diferentes que eletriza o gás no interior da lâmpada liberando

energia na forma de luz. Podemos visualizar o efeito da distância nesse

experimento quando relacionamos à equaçao da Força Elétrica, onde temos:

5. CONCLUSÃO

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(1)

Os experimentos nos permitiram observar a natureza elétrica da materia

e suas propriedades. Observações sobre os processos de eletrização dos

corpos (atrito, contato e indução) e que os diversos materiais possuem a

capacidade de ganhar ou perder eletrôns e estão definidas na série

triboéletrica. Assim, concluímos que é possivel passarmos elétrons de um

corpo para o outro, tendo como base suas cargas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Halliday, David, 1916 – Fundamentos de física, volume 3: mecânica /

David Halliday, Robert Resnick. Jearl Walker: tradução e revisão técnica

Ronaldo Sérgio de Biasi. – 8°ed. – Rio de Janeiro: LTC, 2009.

Roteiro de laboratório de física. UESC

http://www.uesc.br/cursos/graduacao/bacharelado/fisica/roteiros_laboratorio-

l.pdf, acessado em 14 de setembro de 2012, às 19h.

Disponível em: http http://www.feiradeciencias.com.br/sala11/11_03.asp;

Acessado em 19/09/2012 às 10h50min.

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