PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO

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1 7aula Processos de Eletrização 35 7aula PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO Objetivo Estudar os processos de eletrização por atrito, indução e contato. 7.1 Introdução A primeira observação da eletrização 1 de objetos por atrito perdeu-se na antiguidade; todavia, é experiência comum que ao se atritar um pente de ebonite com um pedaço de lã, a ebonite (pente) adquire a capacidade de levantar pequenos pedaços de papel. Como resultado de esfregar os dois objetos, a ebonite e a lã, adquirem uma nova propriedade: ambas ficarão eletrizadas. No entanto, a carga não é criada durante este processo. A carga total, ou a soma das cargas nos dois corpos, é ainda a mesma que antes, o que ocorre é a transferência de carga de um corpo para outro, deixando um positivamente carregado e o outro negativamente carregado, mas ambos com mesma quantidade de carga. Quando dizemos que um objeto está carregado, queremos dizer que ele tem um excesso de cargas, um excesso de elétrons (negativo) ou uma falta de elétrons (positivo). No final do século XVIII, as técnicas experimentais alcançaram tal sofisticação que permitiram que fossem realizadas observações rigorosas das forças entre cargas elétricas. Os resultados dessas observações, que foram extremamente polêmicas na época, podem ser resumidos em três afirmativas: Existem duas e somente duas espécies de carga elétrica, hoje, conhecidas como positivas e negativas; Duas cargas pontuais exercem, entre si, forças que atuam ao longo da linha que as une e que são inversamente proporcionais ao quadrado da distância entre elas; Estas forças são também proporcionais ao produto das cargas, são repulsivas para cargas de mesmo sinal e atrativas para cargas de sinais opostos. As duas últimas afirmativas acima são conhecidas por lei de Coulomb, em homenagem a Charles Augustin de Coulomb ( ), que foi um dos principais estudiosos da eletricidade no século dezoito. 1 A ciência da eletricidade teve sua origem na observação, já do conhecimento de Tales de Mileto no ano 600 a.c., de que um pedaço âmbar, quando atritado, atraía pequenos fragmentos de palha.

2 36 Processos de Eletrização 7aula 7.2 Materiais Utilizados a) Tubo de plástico (ou PVC); b) Bastão de vidro (dielétrico) com suporte giratório; c) Pele de animal; d) Eletroscópio de folha tradicional (feito de alumínio); e) Eletrômetro analógico; f) Duas esferas condutoras com cabos para conecção; g) Bastão de carga; h) Pêndulo elétrico com esferas envolvidas com papel alumínio; i) Gaiola de Faraday; j) Cabos de conexão com pinos banana; k) Gerador de Van de Graaf (de correia) com um bastão de teste; l) Torniquete elétrico; m) Vela (com uma caixa de fósforos); n) Barra metálica pontiaguda 7.3 Procedimentos Experimentais Primeira bancada A ELETRIZAÇÃO POR ATRITO, INDUÇÃO E CONTATO a) Fazer a conexão da esfera no eletrômetro. Veja Fig.7.1; b) Aproximar o tubo de plástico (ou PVC), sem atritar, da esfera condutora; c) Atritar o tubo de plástico com a pele de animal e em seguida, aproximar da esfera condutora, Fig. 7.1 (a). Justifique o fenômeno observado no eletrômetro; d) Atritar o tubo de plástico com a pele de animal e em seguida, tocar a esfera condutora, Fig. 7.1 (b). Justifique o fenômeno observado no eletrômetro.

3 7aula Processos de Eletrização 37 FIGURA 7.1: (a) Eletrização por indução. (b) Eletrização por contato. (a) (b) B GAIOLA DE FARADAY a) Faça conexão da gaiola de faraday com o eletrômetro, Fig.7.2; b) Carregue o bastão de cargas, atritando-o. Aproxima-o da parte externa da gaiola, sem tocar as partes metálicas e verifique o fenômeno; c) Coloque-o também, sem tocar as partes metálicas, no interior da gaiola e verifique o fenômeno; d) Justifique o fenômeno observado. FIGURA 7.2: Gaiola de Faraday conectada a um eletrômetro

4 38 Processos de Eletrização 7aula C MOBILIDADE EM UM CONDUTOR a) Atritar o tubo de plástico com a pele de animal; b) Colocar o tubo em contato, por alguns instantes, com a esfera condutora Fig.7.3; c) O que se pode concluir com relação à distribuição de cargas elétricas nos condutores? FIGURA 7.3: Esferas interligadas e conectadas a um eletrômetro Segunda bancada D ELETROSCÓPIO DE FOLHA TRADICIONAL a) Atritar o tubo de plástico com a pele de animal; b) Em seguida aproximar da pequena esfera do eletroscópio de folha (sem tocar), veja a Fig. 7.4; c) Repita os procedimentos (a) e (b) tocando com o tubo na esfera do eletroscópio; d) Justifique os fenômenos observados. FIGURA 7.4: Eletroscópio de folha.

5 7aula Processos de Eletrização 39 E PÊNDULO ELÉTRICO a) Atritar o tubo de plástico com a pele de animal; b) Em seguida tocar as duas esferas do pêndulo elétrico com o tubo carregado. Veja Fig.7.5; c) Justifique o fenômeno observado. FIGURA 7.5: Pêndulo elétrico F BASTÃO DE VIDRO GIRATÓRIO a) Colocar o bastão de vidro sobre o suporte giratório, Fig.7.6; b) Atritar o tubo de plástico com a pele de animal; c) Em segunda aproximar o tubo de plástico do bastão de vidro; d) Justifique o fenômeno observado; FIGURA 7.6 Bastão de vidro giratório

6 40 Processos de Eletrização 7aula Terceira bancada G DESCARGA EM GASES a) Ligue o gerador de van de Graaff, Fig.7.7, por alguns instantes e aproxime o bastão de teste de sua esfera; b) Em seguida, aproxime uma das extremidades da lâmpada de gás da esfera do gerador; c) Justifique os dois fenômenos observados. FIGURA 7.7 Gerador de van de Graaff H DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS EM UM CONDUTOR a) Remova a esfera do gerador e faça a conexão desta com a extremidade superior do gerador por meio de fio com pino banana; b) Fixe pedaços de papel nas superfícies externas e internas da esfera do gerador; c) Ligue o aparelho por alguns instantes e torne a desligá-lo; d) Justifique os fenômenos observados.

7 7aula Processos de Eletrização 41 I TORNIQUETE ELÉTRICO a) Com o aparelho desligado, monte o torniquete elétrico na parte superior da esfera do gerador; b) Ligue o aparelho por alguns instantes e torne a desligá-lo; c) Justifique o fenômeno observado. J IONIZAÇÃO DO AR a) Com o aparelho desligado, faça uma conexão da esfera com uma ponta metálica por meio de fios com garra jacaré; b) Ligue o aparelho por alguns instantes, em seguida, acenda uma vela e aproxime sua chama da ponta metálica; c) Justifique o fenômeno observado Exercícios a) Quais são os processos de eletrização? Justifique. b) Por que as experiências eletrostáticas não funcionam bem em dias úmidos? c) Uma barra carregada atrai fragmentos de cortiça seca os quais, assim que tocam, são violentamente repelidos. Explique. d) Andando-se vigorosamente sobre um tapete, freqüentemente experimenta-se uma descarga elétrica ao tocar-se uma maçaneta de uma porta. Qual é a causa disso? Como evitá-lo? e) Qual a diferença entre condutores e isolantes (ou dielétricos)? Justifique.

8 42 Processos de Eletrização 7aula f) O que significa descarga em corona? O significa é rigidez dielétrica? g) Explique, a deflexão ocorrida na chama da vela, sob a ação de um campo elétrico, em termos da ionização das moléculas de ar. h) Uma forte descarga elétrica atinge um carro e sai através do pneu, isolante, o motorista, por isso escapa ileso. Justifique o fenômeno. i) A esfera do gerador, com carga uniforme é uma superfície equipotencial? Explique.