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ELETRIZAÇÃO POR ATRITO - SIMULAÇÃO PHET COLORADO
Tipologia: Trabalhos
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Relatório Simulação Plataforma Phet Colorado “PROCESSO DE ELETRIZAÇÃO - BALÕES ” JOSÉ CARLOS SANTOS DA SILVA Código - 20200031158 SÃO LUÍS 2021
José Carlos Santos da Silva Relatório Simulação Plataforma Phet Colorado “PROCESSO DE ELETRIZAÇÃO - BALÕES ” Relatório técnico apresentado como requisito parcial para obtenção da 1 ª Avaliação na disciplina Laboratório de Eletricidade e Magnetismo no Curso de Engenharia Civil, na Universidade Estadual do Maranhão. Prof:Sérgio Murilo da Silva Braga Martins Júnior
1. Introdução A eletricidade é um fenômeno conhecido desde a Grécia Antiga. Tales de Mileto descreveu como alguns materiais, como o âmbar, ao serem atritados adquiriam a propriedade de atraírem pequenos objetos como fios de cabelo. Em 1600, a palavra “eletricidade” foi cunhada por William Gilbert para se referir a esse efeito; a palavra é derivada do termo grego para “âmbar”, “elektron”. Os experimentos realizados até o século XVII concluíram que outros materiais como o vidro e peles de animais também apresentavam essa propriedade. Nessa época, o físico francês C. F. du Fay observou que dois objetos, após serem atritados, podiam se repelir ao invés de se atrair. Suas observações podem ser resumidas tomando dois pedaços de vidro e dois de plástico (um canudo de refrigerante, por exemplo) e atritando todos com papel macio *****. Ao aproximar os dois pedaços de vidro, eles se repelem; ao aproximar os dois pedaços de plástico, o mesmo acontece. Entretanto, ao aproximar um pedaço de vidro e um de plástico, eles se atraem. Em 1733, du Fay propôs que a eletricidade existia em dois tipos, e o atrito entre dois corpos (vidro e papel) podem fazer com que eles troquem esses tipos entre si. Corpos com o mesmo tipo de eletricidade se repelem, e corpos com tipos diferentes se atraem. O tipo de eletricidade presente no vidro atritado por lã foi chamado de “eletricidade vítrea“, e o presente no âmbar de “eletricidade resinosa“. Na segunda metade do século XVIII, Benjamin Franklin, físico e estadista americano, tratou a eletricidade como um fluido único, presente em toda a matéria, que deveria conter uma quantidade precisa desse; se o houvesse em excesso, a matéria estaria positivamente carregada, e se o houvesse em falta, a matéria estaria negativamente carregada. De forma arbitrária, Franklin definiu que a eletricidade vítreaé positiva (excesso de fluido), e a eletricidade resinosa é negativa (falta de fluido),convenção que é usada até os dias atuais. De acordo com Franklin, quando dois corpos são atritados, o fluido elétrico (que corresponde ao conceito atual de carga elétrica) pode passar de um corpo para o outro, deixando um com excesso e outro com falta, mas não era nunca criado nem destruído. Hoje essa hipótese se converteu na lei da conservação da carga elétrica. Na virada do século XIX, descobriu-se que a carga elétrica é quantizada, o que significa que ela sempre aparece em múltiplos de uma carga elementar, que foi medida por Robert Millikan no seu experimento com gotas de óleo. Nas unidades do SI, esse valor é
e= 1,6.10-^19 C , que é muitas ordens de grandeza menor do que a carga que costuma se acumular nos objetos macroscópicos, de modo que a natureza discreta dacarga pode ser desprezada na maioria das vezes.
2. Fundamentação Teórica Condutores e isolantes Em 1729, Stephen Gray dividiu os materiais em dois tipos: os condutores e os isolantes. Os condutores eram aqueles que podiam transmitir a eletricidade, e os isolantes eram aqueles nos quais a eletricidade ficava retida. Na visão de Franklin, nos condutores o fluido elétrico podia fluir livremente, enquanto nos isolantes o fluido elétrico ficava preso. Na visão atual, nos condutores as cargas podem se movimentar livremente pelo material, enquanto nos isolantes as cargas quase não têm mobilidade. Os metais são exemplos de condutores e papéis, madeira e plástico são exemplos de isolantes. O ar é um bom isolante quando está seco, mas tem a sua condutividade aumentada quando úmido. Formas de eletrização Eletrizar um corpo significa torná-lo portador de carga elétrica líquida, seja positiva ou negativa, e é sinônimo de carregar o corpo. As maneiras mais comuns de se fazer isso são: atrito, contato ou indução. a) Eletrização por atrito (efeito triboelétrico) Quando dois corpos são atritados, os átomos mais externos de cada corpo entram em contato intenso e podem trocar carga elétrica, mesmo que um deles seja um isolante. Esse fenômeno é conhecido como efeito triboelétrico. Através de experimentos, foi descoberto, por exemplo, que o vidro ao ser atritado com lã sempre adquiria carga positiva, enquanto a lã sempre adquiria carga negativa. Dessa forma, foi possível construir a série triboelétrica mostrada a seguir. Quando dois corpos dessa lista são atritados, o que aparece primeiro ganhará carga positiva, enquanto o último ganhará carga negativa.
Figura 1 - Bastão carregado induzindo uma distribuição de cargas sobre um condutor Se, em seguida, o condutor esférico da figura 1 for conectado a outro condutor, conforme ilustrado na figura 2, haverá uma migração de cargas negativas (elétrons) do segundo condutor (condutor B) para o primeiro (condutor A). Se o bastão for afastado,os condutores voltam a ficar neutros. Entretanto, se a conexão entre eles for cortada antes disso, as cargas não podem mais se transferir de um para outro: o primeiro adquiriu uma carga negativa permanente e o segundo uma carga positiva permanente. Esse processo está mostrado na figura 2. Figura 2 – Procedimento para eletrizar um condutor por indução Na prática, o segundo condutor pode ser substituído por uma conexão com a terra (aterramento), que pode ser considerada um condutor infinitamente grande queestá sempre neutro. Ao fazer isso, há uma migração de cargas negativas da terra para o condutor, deixando-o com carga negativa. Assim, se conexão à terra for interrompida ainda na presença do bastão o condutor adquirirá permanentemente uma carga negativa. Esse processo é mostrado na figura 3.
Figura 3 - Procedimento para eletrizar um condutor por indução (usando o aterramento) Note que, na eletrização por contato e por indução, há necessidade de um corpo externo já eletrizado. No entanto, na eletrização por contato o condutor adquire a mesma carga do corpo externo, enquanto na eletrização por indução o condutor adquire uma carga oposta à do corpo externo. Ambas só podem ocorrer em condutores, porque as cargas têm liberdade para se moverem. Num corpo isolante, as cargas têm pouca mobilidade, e por isso eles só podem ser eletrizados por atrito.
3. Objetivos Entender quando um corpo eletricamente neutro. Verificar se dois corpos neutros, de mesmo material, interagem com atração ou repulsão. Verificar que dois corpos de mesmo material não se eletrizam por atrito. Verificar se existe repulsão elétrica entre corpos eletrizados com cargas de mesmo sinal. Verificar o princípio da atração entre dois corpos eletrizados com sinais opostos. Observar que a eletrização por contato entre dois isolantes não é conseguida facilmente. Verificar os sinais das cargas dos corpos após o fenômeno da eletrização por atrito. Observar a indução eletrostática. 4. Procedimentos Experimentais com Phet Colorado Atividade 1 No programa Balões e Eletricidade, deixe marcado "Mostrar todas as cargas" Verificou-se que o número de cargas positivas e negativas no balão, da blusa e da parede são iguais e que a partir dessa contagem podemos concluir que não estão eletrizados. Então quando um corpo está eletricamente neutro ele não atrai e nem repele outros corpos em sua vizinhança, conforme figura 4.
Quando repetimos a mesma situação descrita anteriormente e aproximamos o balão da parede, este é atraído por ela, porém podemos perceber (marcando-se a opção de mostrar todas as cargas), a repulsão de parte das cargas negativas, conforme figura 6. Figura 6 Atividade 2 Colocou-se o balão verde próximo ao balão amarelo. Verifique o que ocorre (atração ou repulsão ou nenhuma interação entre eles). A partir do que foi observado, pode-se concluir que os os dois balões não estão eletrizados., conforme figura 7. Figura 7
Conforme foi constatado, ambos os balões apresentam-se neutros, assim pode-se verificar que corpos não eletrizados não interagem, ou seja, não estão sujeitos ao princípio da atração e repulsão, conforme figura 7. Figura 8 Se usarmos um segundo balão neutro, este pode ser aproximado tanto da parede quanto do casaco e, apesar de ser atraído por ambos, não há separação (afastamento/aproximação) entre as cargas, conforme a figura 8, 9 e 10. Figura 9
