UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MATO GROSSO DO SUL UEMS CURSO DE FÍSICA LABORATÓRIO DE FÍSICA II. Gerador de Van De Graaff

Transcrição

1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MATO GROSSO DO SUL UEMS CURSO DE FÍSICA LABORATÓRIO DE FÍSICA II Gerador de Van De Graaff Objetivos gerais: Ao término desta atividade o aluno deverá ser capaz de: - identificar os eletrodos ânodo e cátodo; - classificar os gases como condutores de 3 a espécie, dentro da família dos condutores; - concluir a importância da pressão e da distância entre os eletrodos na capacidade de condução elétrica do gás; - descrever as condições necessárias para que se estabeleça uma descarga elétrica através de um gás sob alta pressão. -descrever o funcionamento do torniquete elétrico em função do poder das pontas, da ionização provocada nas moléculas do ar e da 3 a Lei de Newton. Material necessário: - um Gerador Eletrostático de Correia EQ047 composto por: controle eletrônico de giro do motor, chave geral e fusível de segurança, lâmpada indicadora de energização, cabeça esférica removível, motor 100 W (1/8 HP), 50/60 Hz, zona de potencial negativo articulável e sistema de segurança por corrente de baixa amperagem. - um eletrodo para eletroscópio; - uma esfera com cabo; - uma conexão básica com pinos banana; - um torniquete elétrico com pivot. Introdução Teórica: Eletricidade A palavra eletricidade é derivada da palavra grega élektron, que significa âmbar. Eletricidade estática e eletricidade dinâmica (corrente elétrica) são as duas formas básicas de eletricidade que conhecemos. A eletricidade estática foi descrita pela primeira vez pelo filósofo grego Tales de Mileto, 600 anos antes de Cristo. Ao atritar um pedaço de âmbar (resina fóssil de uma espécie de pinheiro) em um pedaço de pele de carneiro, percebeu que a pele atraía corpos leves. Em 1966, o médico inglês William Gilbert descobriu que outras substâncias, como o vidro e o enxofre, quando friccionadas, também atraíam pequenas partículas. Deu o nome de eletricidade a essa misteriosa atração. Relâmpagos são descargas elétricas de alta intensidade que ocorrem na atmosfera. A maior parte

2 ocorre dentro das nuvens e é vista apenas como clarões. Porém, uma parte delas sai das nuvens e atinge o solo. Estas descargas são chamadas de raios. Gerador Eletrostático Van Der Graaff Neste gerador, uma correia isolante recebe cargas superficiais, transportadas a um eletrodo, onde são removidas. Isso caracteriza uma corrente elétrica suficiente para gerar uma voltagem elevada em curto espaço de tempo. O gerador eletrostático Van der Graaff é como uma esfera metálica isolada da Terra que é permanentemente carregada (positiva ou negativamente) através de uma correia. Essa correia é carregada pelo atrito com a polia, como se alguém continuamente esfregasse um bastão de plástico em um pedaço de feltro e encostasse o bastão na correia. Em pequenos geradores como este, a diferença de potencial é da ordem de kv (quilovolt), enquanto que nos grandes aceleradores, pode ultrapassar 10 MV. Gerador eletrostático Van der Graaff Nesta atividade, duas esferas metálicas, imersas no ar atmosférico, serão submetidas a uma diferença de potencial na ordem de volts. Estas esferas, denominadas eletrodos, serão conectadas ao gerador eletrostático, afastadas entre si de uma distância d. A cabeça esférica do gerador (pólo negativo) funcionará como um eletrodo denominado cátodo, sua base inferior (sem ligação terra) é o eletrodo positivo, denominado ânodo. Existem casos em que o ânodo e o cátodo se encontram confinados (geralmente em tubos de vidro), podendo, então, serem submetidos a variação controlada de pressão, nestes casos, se verifica que: - diminuindo a pressão, a condutividade elétrica do gás aumenta;

3 - para uma pressão fixa, diminuindo a distância entre os eletrodos, a capacidade de o gás se tomar condutor aumenta. Em suma, um gás depende da pressão a que está submetido e da distância entre os eletrodos (nele imersos) para se enquadrar como condutor ou isolante. Geralmente, pressões de uma ou mais atmosferas são consideradas alta pressão, portanto, nesta atividade, operaremos com uma mistura gasosa (ar atmosférico) sob alta pressão. Observação: Achamos oportuno salientar que os gases, condutores de 3 a espécie, não observam a lei de OHM e, dependendo das condições de pressão e distância entre os eletrodos, podem ser condutores ou isolantes. Pré-requisitos - Questionário: Ao estudarmos o campo gravitacional terrestre, analisamos o movimento de subida ou descida de um corpo usando o conceito de energia potencial gravitacional. A diferença entre as energias potenciais adquiridas pelo móvel entre dois pontos quaisquer A e B da sua trajetória, foi definida como o trabalho realizado pelo campo gravitacional terrestre para movê-lo do ponto A ao ponto B. Constatamos, então, que o valor deste trabalho independia da trajetória que o móvel executasse para ir de A até B. Devido a esta propriedade que o campo gravitacional terrestre possui, dizemos que ele é um campo conservativo. O campo elétrico também possui esta propriedade, isto é, o campo elétrico é um campo conservativo. Revendo seus apontamentos procure responder às seguintes questões: O que, em Física, se entende por campo elétrico? Por que dizemos que o campo elétrico é um campo conservativo? Observação: O campo elétrico não é o espaço que envolve a carga, mas sim, as propriedades de natureza elétrica que existem ao redor de uma carga. O que se entende, em Física, por linhas de força de um campo elétrico? Cite três propriedades das linhas de força de um campo elétrico. Na figura l, se encontram representadas algumas linhas de força de um suposto campo elétrico. Assinale a região onde o campo elétrico representado é mais intenso. Desenhe a orientação do vetor campo elétrico E nos pontos assinalados de P 1 a P 5. Caso abandonássemos uma carga no interior deste campo, comente a possível trajetória que a mesma possuiria, se: - a carga fosse de prova: - a carga fosse negativa:

4 Montagem: Execute a montagem conforme a figura 2. Coloque o torniquete elétrico na esfera do gerador conforme a figura 3. Atividades:. Ligue o aparelho e aproxime a esfera menor da cabeça do gerador. Observe o fenômeno e procure justificá-lo. -Justifique o fato da mistura gasosa envolvente (ar atmosférico) passar de isolante para condutora

5 de eletricidade. -No momento em que o gás deixa de ser isolante, o campo elétrico possui um certo valor entre os eletrodos. Como denominamos, em Física, o maior valor que o campo elétrico E pode assumir sobre um material isolante, sem que este material conduza a eletricidade? -Justifique o ruído e a cor azulada verificados durante a descarga elétrica ocorrida no ar. -Como denominamos o ruído e a cor azulada que surgem durante a descarga quando este fenômeno ocorre na natureza? -Ligue o aparelho e comente o observado, justificando em função da ionização das moléculas do ar e da 3 a Lei de Newton.