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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS-CCT
LICENCIATURA EM FÍSICA
Acadêmicos: David C. W. Marcôndes e Fernanda J. Dellajustina
Disciplina: Física experimental 3 – FEX3001 TURMA: F
Prof.: Abel C. Recco
Data: 24/08/
EXPERIÊNCIA 1
CARGA ELÉTRICA
Interação elétrica
Rotineiramente, quando por exemplo atritamos um pente sobre o cabelo, quando o aproximamos de um pedaço de papel percebemos que este é atraído pelo pente. Percebemos então que o pente adquiriu uma propriedade nova que nós chamamos de eletricidade. Diferente da gravitação, na qual as interações são apenas atrativas, as interações elétricas podem ser tanto de atração como de repulsão. Suponha que colocamos um bastão de vidro eletrizado próximo a uma pequena bola de cortiça pendurada por um fio. Vemos que o bastão atrai a bola. Se repetirmos o experimento com um bastão de âmbar eletrizado percebemos o mesmo efeito de atração na bola. Contudo se ambos os bastões atraírem a bola simultaneamente, em vez de uma atração maior, observamos uma força de atração menor ou mesmo nenhuma força de atração na bola (Fig. 1). Figura 1 : Experimentos com bastões eletrizados de âmbar e de vidro.
Esta experiência simples mostra que apesar de ambos os bastões, de vidro e de âmbar, eletrizados, atraírem a bola de cortiça, eles o fazem por processos físicos opostos. Quando ambos os bastões estão presentes, eles tem efeitos opostos, produzindo um efeito resultante pequeno ou mesmo nulo. Por esta razão concluímos que existem dois tipos de estados eletrizados: um como o do vidro e outro como o do âmbar. Podemos chamar o primeiro de positivo e o segundo de negativo. As formas com que se eletriza um objeto, é chamada de processos de eletrização dos quais são os seguintes:
- Eletrização por atrito: como o próprio nome diz, atritando-se, ou melhor, colocando-se dois corpos constituídos de substâncias diferentes e inicialmente neutros em contato muito próximo, um deles cede elétrons, enquanto o outro recebe. Ao final, os dois corpos estarão eletrizados e com cargas elétricas opostas.
- Eletrização por contato: dizemos que a eletrização por contato é um processo no qual um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo neutro. De preferência, devem ser usados dois corpos condutores de eletricidade.
- Eletrização por indução: dizemos que a indução eletrostática é o fenômeno de separação das cargas elétricas de sinais contrários em um mesmo corpo. Portanto, esse tipo de eletrização pode ocorrer apenas pela aproximação entre um corpo eletrizado e um corpo neutro, sem que entre eles aconteça qualquer tipo de contato.
Descrição dos dados:
Procedimento 2.1. A barra de propileno estava seca e sem nenhuma oleosidade aparente. Atritamos com o papel toalha recobrindo a barra, e atritando fortemente ambas com as pontas dos dedos. Atritamos até ao ponto de sentirmos um leve aquecimento da barra, neste ponto interrompemos a fricção. A lâmpada de néon foi manuseada com o contato de nossa mão diretamente sobre um dos polos. O outro polo fora encostado sobre a superfície da barra recém atritada. A princípio nada foi observado, porém, quando atritamos a barra de modo mais intenso e empregando um pouco mais de velocidade nos movimentos de fricção, observou-se que a lâmpada acendeu por um período curto de tempo, emitindo uma cor lilas. Invertemos a polaridade da lampada e o mesmo efeito foi observado, sem nenhum alteração. Trocamos a barra de polipropileno por um barra de acrílico, e neste caso
observamos que o eletroscópio deflete em sentido horário. Invertemos aposição de ambos, o mesmo efeito fora obtido, descarregando e atritando o conjunto placa+filme previamente. Procedimento 2.2. Atritamos a barra de polipropileno com o papel toalha. Cortamos o papel em pedaços pequenos de área media de 1 cm². Os pedações de pape são atraídos quando aproximamos a barra atrita dos mesmos. Trocamos a barra de polipropileno por uma barra de acrílico, observamos que esta atrais os pedações de papel com mais facilidade do que a barra anterior, nas mesmas condições. Procedimento 2.2. Atritamos o filme usando um papel toalha por baixo do mesmo para isolá-lo da bancada. Observamos que o filme atrai com muito mais facilidade os pedaços de papel, inclusive os maiores, vencendo a força gravitacional. Procedimento 2.2. Atritamos a barra e a aproximamos do pendulo, observamos que existe repulsão entre a barra e o pendulo. Posicionamos os pêndulos metálicos sobre a mesmo nível de altura, descarregamos o pendulo quando fizemos isto pois o tocamos com as mãos. Atritando a barra e levando-a perto dos pêndulos abaixo dos mesmos, observamos que os pêndulos tendem a se afastar um do outro, quando atingem uma posição critica eles oscilam desordenadamente e se tocam, desfazendo o efeito observado. Obtemos os mesmos resultados com a barra de acrílico, sem nenhuma mudança. Procedimento 2.2. Atritamos a extremidade esquerda barra e a fixamos sobre seu centro de gravidade. Suspensa, uma outra barra fora atritada e fora adicionado a placa de indução a sua extremidade. Observamos que a barra suspensa era atraída pelo conjunto barra+placa de indução em ambos os seus lados. Procedimento 2.2. Usando a barra de propileno atritada, observamos que no ponto A o eletroscópio sofre uma deflexão em sentido horário, o mesmo ocorre nos pontos B e C. Usando uma barra de acrílico, observamos o mesmo efeito, porém a deflexão é ligeiramente mais acentuada.
Discussão dos resultados
Pode-se eletrizar um corpo atritando-o a outro, fazendo com que um deles perca
elétrons, e consequentemente deixando-os com carga elétrica (positiva ou negativa). A carga dos corpos eletrizados desse modo possuem carga de sinais opostos. Deste modo, quando atritamos a barra de polipropileno com o papel, estamos perturbando o equilíbrio elétrico na superfície do material, durante o contato parte dos elétrons ficam presos no outro material devido as diferenças dos mesmos. Com efeito as cargas se desequilibram, gerando uma aumento ou diminuição da carga negativa. Atritando a barra de propileno sobre o papel toalha geramos um desequilíbrio de cargas tal que a mesma carga é encontrada nos dois materiais, porém ambas tem sinal oposto. Podemos averiguar isto observando a experiencia com a placa + filme, onde o filme induz cargas opostas na placa, por isso observamos que ambos atraem papel ou ficam eletrizados. Podemos inferir que as cargas são opostas pelo fato de que a polaridade das cargas esta relacionada intrinsecamente ao número de elétrons e prótons no material, os últimos não se movem nas condições que estávamos a trabalhar, já o transporte dos primeiros é a causa da carga elétrica. Como a carga elétrica é uma propriedade destas partículas, e estas partículas são conservadas, logo o aumento ou diminuição relativo de elétrons e prótons gera cargas com sinais opostos. As cargas produzem efeitos diversos em diferentes materiais, e isso depende da sua resistência as cargas. Quando a resistência se torna extremamente alta dizemos que o material é isolante, quando baixa, condutor. No caso do eletroscópio de alumínio observamos que as cargas em contato com o mesmo tendem a superfície do metal. Com efeito a repulsão devida ao acumulo de cargas na superfície com o mesmo sinal deflete o ponteiro do eletroscópio em resposta ao seu formato propício para tal. No caso do eletroscópio de torção, observamos que o material isolante (barra), reage de modo diferente: conforme atritamos uma de suas extremidades fixamos cargas com sinal especifico, e com isso conseguimos um comportamento ou de repulsão ou de atração neste caso. Diferente no caso do eletroscópio condutor onde só temos repulsão, indiferentemente da carga induzida nele. No experimento de atração dos pedaços de papel sobre a barra eletrizada observamos como a força elétrica é superior a força gravitacional. Embora a curta distância a força gravitacional seja maior, a força elétrica a pequenas distâncias supera a força gravitacional em várias ordens de grandeza. No experimento, observamos que alguns pedaços eram acelerados bruscamente para cima, tal aceleração é evidencia uma força elétrica. Observamos que a quantidade de carga na superfície do filme carregado é maior que na barra carregada, com efeito a atração observada pelo filme foi maior que a
Resposta: Sim, porque as roupas se eletrizam quando o ar quente passa por elas, pois o ar atrita a roupa, de forma que o processo de eletrização é por atrito do ar com a roupa. Através da série triboelétrica que é uma lista de materiais, que mostra quais são aqueles que têm uma maior tendência de se tornarem positivamente eletrizados (+) e quais os que apresentam maior tendência de se tornarem negativamente eletrizados (-), veja a tabela: Positivos Negativo Pele humana seca Madeira Couro Âmbar Pele de coelho Borracha dura Vidro Níquel, Cobre Cabelo humano Latão, Prata Fibra sintética(náilon) Ouro, Platina Lã Poliéster Chumbo Isopor Pele de gato Polipropileno Seda Vinil Alumínio Silicone Papel Teflon Tabela 1 : Série triboelétrica de alguns materiais. Normalmente a Série Triboelétrica é apresentada como uma única lista que goza das seguintes propriedades:
- Qualquer material atritado com qualquer outro que o precede, fica eletrizado negativamente e, quando atritado com qualquer outro que o segue, fica eletrizado positivamente.
- Quanto mais afastados estiverem na lista, maior será a eficiência na eletrização. De acordo com as propriedades da tabela da série triboelétrica se for colocado na secadora uma roupa de poliéster com uma roupa de náilon, seda ou lã as roupas iram se aglutinar. As melhores combinações de materiais para criar eletricidade estática são aquelas das quais participam materiais tirados do alto da lista dos “positivos” e aqueles tirados do fim da lista dos “negativos”, veja propriedade 2.
- Quando uma pessoa caminha sobre um tapete de náilon e a seguir toca em um
objeto metálico grande (por exemplo, uma maçaneta de porta) pode ocorrer uma faísca e a pessoa sentirá um choque. Discuta a razão pela qual em um dia seco existe maior probabilidade disto ocorrer do que em um dia úmido. Discuta também por que quando a pessoa toca um objeto metálico pequeno (por exemplo, um clipe de prender papel) a probabilidade de ocorrer um choque é menor. Resposta: Porque em dias secos o ar é um bom isolante, impedindo que as cargas elétricas escoem do material que está eletrizado. Quado uma pessoa que esta eletrizada toca algum material condutor ela descarrega o excesso de cargas que tem no objeto de forma que ela vai sentir uma descarga elétrica passando pelo seu corpo em direção ao objeto. Quado ele toca objetos menores como clipes ou prendedores de papel a descarga será menor porque o objeto adquire menos carga, da pessoa que está eletrizada, do que um objeto maior, que adquire mais cargas.
