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 3a 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 3a 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
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 240.000 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;
- 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 3a 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 P1 a P5.
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:
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
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 3a Lei de Newton.