Gerador de Van de Graaff: Experimentos e Aplicações em Eletrostática, Trabalhos de Engenharia Química

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UNIVERSIDADE DE UBERABA

RELATÓRIO N° 4

GERADOR DE VAN DE GRAFF

Nome: Gustavo Borges Cintra RA: 5143693 Turma: 25P UBERABA MG 2019

UNIVERSIDADE DE UBERABA

RELATÓRIO N° 4

GERADOR DE VAN DE GRAFF

Relatório elaborado pelo aluno Gustavo Borges Cintra do curso de engenharia química, para a disciplina de física II, pela universidade de Uberaba. Orientador: Luciano Henrique UBERABA MG 2019

Figura 2: Observe na figura que a carga elétrica se acumula na ponta do condutor. Fonte: Alunos Online. É por esse princípio que não é recomendável permanecer embaixo de árvores ou regiões desprotegidas para esperar uma tempestade passar, pois a árvore e o corpo humano podem servir como pontas em relação ao solo e atrair raios. 1.4-Gerador de Van de Graaff. O chamado gerador de Van de Graaff foi idealizado pelo engenheiro americano Jemison Van de Graaff, em 1929, com o objetivo de atingir altas tensões. Esse equipamento foi indispensável para condução das pesquisas sobre a constituição dos átomos e pesquisas nucleares. O gerador constitui-se de um motor capaz de movimentar uma correia feita de material isolante. A correia atrita-se na parte inferior com uma escova metálica ligada ao eletrodo negativo ou positivo de uma fonte. Esse movimento eletriza a correia por atrito, que sobe pelo lado esquerdo (vide figura) eletrizada. Ao chegar à parte superior, a correia toca uma segunda escova, que está em contato com a camada esférica do gerador. Cargas elétricas de sinal oposto ao da correia penetram por ela, deixando a esfera do gerador eletricamente carregada e capaz de gerar altas tensões elétricas ao seu redor. Figura 3: Estrutura do gerador de Van de Graaff. Fonte: Brasil Escola. A partir do momento em que as cargas acumuladas da esfera metálica criarem um campo elétrico de 30 KV/cm, o ar nas redondezas do condutor sofrerá um processo de ionização, o chamado efeito corona, que limitará o acúmulo de cargas elétricas na esfera. O gerador de Van de Graaff pode ser utilizado em laboratórios de Física para o estudo de eletrizações por atrito, cargas elétricas, rigidez dielétrica etc.

Figura 4: O gerador de Van de Graaff funciona com base na eletrização por atrito. Fonte: Brasil escola. 1.5-Aplicação nas engenharias. Gaiola de Faraday é uma barreira de proteção contra campos elétricos e magnéticos indesejados. Ela tem uma enorme aplicação prática e um dos maiores exemplos encontrados em nosso dia a dia é o aparelho de micro-ondas, ele possui um revestimento interno apropriado para conter as ondas eletromagnéticas apenas em seu interior. Outro bom exemplo são os carros que também podem funcionar como uma Gaiola de Faraday. A Gaiola de Faraday permite criar uma barreira de isolação em dispositivos elétricos e eletrônicos de forma que o campo elétrico ou magnético gerado no interior de um dispositivo não cause interferências em outros dispositivos próximos a ele. Um bom exemplo disso são as fontes de alimentação como mostra na imagem abaixo, elas conseguem impedir a saída de sinais e impedem que outros sinais interfiram no seu funcionamento interno. Uma proteção de metal impede a fuga de sinais eletromagnéticos que podem interferir em outros dispositivos próximos a ele, os furos na superfície servem para facilitar a ventilação e o resfriamento de suas partes internas que geram calor durante seu funcionamento. Figura 5: Fonte de alimentação que aplica a gaiola de Faraday. Fonte: Munda da elétrica.

4.3- Procedimento Experimental n°3 – Gaiola de Faraday.

1. Retire a esfera do gerador e coloque sobre a cuba acrílica;
2. Prenda tiras finas de papel alumínio na parte exterior e na parte interior da esfera;
3. Conecte o cabo banana, no gerador e na esfera;
4. Ligue o gerador e observe o que acontece na parte inferior e exterior da esfera; Figura 8: Modo de posicionamento das fitas. Fonte: Acervo do Autor. 4.4- Procedimento Experimental n°4 – Diferença de Potencial.
5. Ligue o gerador;
6. Aproxime a lâmpada fluorescente da esfera do gerador e veja o que acontece; Figura 9: Aproximando a lâmpada da esfera. Fonte: Acervo do Autor. 4.4- Procedimento Experimental n°5 – Carga elétrica.
7. Colocar as mãos de um individuo sobre a esfera do gerador devidamente isolado;
8. Ligue o gerador e observe; Figura 10: Indivíduo encostando na esfera do gerador. Fonte: Acervo do Autor. 5- RESULTADOS E ANÁLISES.
9. Por que a descarga elétrica possui tonalidade azul? Explique.

R: Por conta dá interação com os elétrons presentes no ar, os elementos químicos estão na forma de gases, e essa interação é de natureza semelhante a dá frequência dá luz azul, irradiando certa tonalidade que nos lembra o azul.

2. O que ocasiona a movimentação da fita colada na esfera do gerador? Explique. R: As tiras da parte exterior repelem, e as tiras da parte interior são atraídas. Observou-se ao ligar o gerador que as folhas de papel se movimentaram, saindo de sua condição normal sob a atuação do campo elétrico do gerador. Isso acontece pelo fato de as duas fitas admitirem uma polaridade igual ao do campo elétrico formado pelo gerador de Van de Graaff.
3. O que acontece com a vela acesa quando é aproximada do gerador? Explique. R: As cargas positivas, no polo esquerdo, atraem intensamente os elétrons das partículas de ar vizinhas. Alguns desses elétrons se desprendem, de modo a ficarem as partículas carregadas positivamente. Essas partículas carregadas ou íons repelidos pelas cargas do polo esquerdo deslocam-se para direita arrastando consigo várias partículas de ar. A chama da vela se inclina para o polo forcada por uma corrente de ar que se denomina “Vento elétrico”.
4. Explique sobre blindagem eletrostática. R: A blindagem eletrostática ocorre quando o excesso de cargas em um condutor distribui- se uniformemente em sua superfície e o campo elétrico em seu interior fica nulo.
5. Por que o torniquete elétrico gira no sentido horário? Teria como girar no sentido anti- horário? Explique. R: O torniquete fica eletrizado positivamente devido a ponta. O ar que se encontra em volta do torniquete também se eletriza, com carga de mesmo sinal. O torniquete quando eletrizado, entra em atrito com as partículas eletrizadas do ar, e como cargas elétricas tendem a se repelir, fazendo assim o torniquete girar no sentido horário oposto a ponta, basta mudas as pontas para também mudar o sentido e também para pará-lo.
6. O princípio do gerador é equivalente a formação dos raios. É verdade que um raio pode tanto cair como subir? Explique. R: Sim, pois quando a energia dielétrica é ultrapassada, entre a nuvem e a terra, o ar possui baixa resistência elétrica, formando uma conexão de descarga elétrica, sendo assim, os raios saem das nuvens para a terra, ou da terra para as nuvens.
7. Por que quando aproximamos um condutor do gerador ouvimos um barulho quando ocorre o faísca mento? Explique. R: Quando ocorre a descarga através da formação de um fino canal ionizado no ar, o ar no interior desse canal atinge temperaturas muito elevadas, de milhares de gruas celsius. Esse mesmo ar no interior do canal estava na temperatura ambiente antes da descarga e, portanto, há uma rapidíssima elevação da temperatura do gás dentro do canal no momento da descarga. Como é bem claro, ao aumentar bruscamente a temperatura de um gás, a pressão cresce. Portanto, o ar dentro do canal, devido a elevação da pressão se expande violentamente, produzindo uma expansão brusca. O estalo que ouvimos é decorrência dessa expansão brusca, uma pequena explosão que gera uma onda sonora. Quando a descarga ocorre devido a eletricidade estática em nuvens, o canal ionizado é muito maior e a energia liberada é muitas ordens de grandeza maior do que a energia liberada em um pequeno gerador de van de Graaff. A expansão brusca do canal ionizado é então uma verdadeira explosão, gerando uma onda sonora de grande intensidade, o trovão.
8. O que acontece com a lâmpada quando aproximamos ao gerador ligado? Explique.

vizinhas. Alguns desses

elétrons s e desprendem,

de modo a ficarem as

partí culas carregadas

positivamente.

Tais partículas carregadas

ou í ons repelidos pelas

cargas do pólo esquerdo

deslocam-se para a

direita arrast ando

consigo varias partículas

de ar. A chama da vela

se inc lina para um

pólo,

forçada por uma “corrente

de ar” que se denomina

“Vento Elétrico”

7- BIBLIOGRAFIA

BENFICA, Alex et al. Mundo da Elétrica : Gaiola de Faraday. [ S. l. ]: Alex Benfica, 2017. Disponível em: https://www.mundodaeletrica.com.br/gaiola-de-faraday-o-que-e-qual-a-sua- aplicacao/. Acesso em: 11 nov. 2019 OMNIA (Goiais). Alunos Online : Poder das Pontas. Goiais, 2002. Disponível em: https://alunosonline.uol.com.br/fisica/poder-das-pontas-pararaios.html. Acesso em: 11 nov.

JúNIOR, Joab Silas da Silva. "Gerador de Van de Graaff"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/gerador-van-graaff.htm. Acesso em 11 de novembro de

‘, Leo et al. Instituto Apogeu : Vento elétrico. Oliveira, 30 ago. 2009. Disponível em: https:// institutoapogeu.forumeiros.com/t274-vento-eletrico#bottom. Acesso em: 11 nov. 2019.