Baixe Eletrostática: Experimentos e Análise de Fenômenos Elétricos - Relatório 01 e outras Exercícios em PDF para Práticas e Gestão de Laboratórios, somente na Docsity!
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
INSTITUTO DE FÍSICA
COMPONENTE CURRICULAR: FÍSICA
EXPERIMENTAL 3
PROFESSOR: DR. YUSET GUERRA DAVILA
RELATÓRIO 01
ELETROSTÁTICA
Ana Beatriz dos Santos Geisyelle do Nascimento Silva Laisa Caylane Leite da Silva
UFAL
Fevereiro/
RELATÓRIO 01 - ELETROSTÁTICA
1. INTRODUÇÃO
A eletrostática é a área da Física que estuda as cargas elétricas em repouso e as interações entre elas. Os fenômenos eletrostáticos ocorrem devido às forças de atração e repulsão que as cargas exercem umas sobre as outras. Entre os principais conceitos dessa área, destacam-se a carga elétrica, os processos de eletrização, a força elétrica e o campo elétrico (HELERBROCK, s.d.). A carga elétrica é uma propriedade fundamental das partículas elementares da matéria, como prótons e elétrons, assim como a massa. Corpos eletricamente neutros possuem quantidades iguais de cargas positivas e negativas. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a carga elétrica é medida em Coulombs (C) (HELERBROCK, s.d.). A eletrização é o processo pelo qual um corpo adquire ou perde cargas elétricas, tornando-se eletricamente carregado. Se um corpo possuir o mesmo número de cargas positivas e negativas, ele será neutro; caso contrário, estará eletrizado. Existem três formas principais de eletrização: ● Eletrização por contato: ocorre entre dois corpos condutores, sendo que pelo menos um deles já está eletricamente carregado. Quando há contato, as cargas se distribuem entre os corpos até atingirem o equilíbrio, e ambos passam a ter o mesmo sinal de carga. ● Eletrização por atrito: acontece quando dois corpos de materiais diferentes são friccionados, resultando na transferência de elétrons entre eles. Esse processo é determinado pela série triboelétrica, que classifica os materiais conforme sua tendência de ganhar ou perder elétrons. ● Eletrização por indução: ocorre sem contato direto, quando um corpo carregado (indutor) se aproxima de um condutor neutro (induzido), provocando uma separação de cargas em seu interior. Se o induzido for aterrado, cargas de um determinado sinal serão transferidas para o solo, deixando o corpo eletrizado após o aterramento ser removido. Todos os processos de eletrização seguem o princípio da conservação da carga elétrica, que estabelece que a carga total de um sistema isolado permanece constante (HELERBROCK, s.d.). A força elétrica é a interação entre cargas elétricas e varia conforme a distância entre elas. De acordo com a Lei de Coulomb, cargas de mesmo sinal se repelem, enquanto cargas de sinais opostos se atraem. Essa força é uma grandeza vetorial, ou seja, possui direção, sentido e intensidade (HELERBROCK, s.d.). O campo elétrico é uma grandeza vetorial associada a uma carga elétrica e representa a influência que essa carga exerce no espaço ao seu redor. Ele pode ser visualizado por meio de linhas de campo elétrico, que indicam a direção da força que uma carga de prova experimentaria ao ser colocada nesse campo (HELERBROCK, s.d.). O estudo da eletrostática é essencial para compreender diversos fenômenos elétricos do dia a dia, além de ser a base para aplicações tecnológicas, como impressoras a laser, fotocopiadoras e para-raios (HELERBROCK, s.d.).
enquanto a outra extremidade foi atritada com um pedaço de papel áspero e seco por um determinado período de tempo. Esse atrito visava eletrizar a haste por meio da transferência de cargas.
- Em seguida, uma lâmpada de neon foi segurada por uma de suas extremidades metálicas, e a outra extremidade foi encostada na parte da haste que havia sido atritada. Durante esse contato, observou-se atentamente os eletrodos da lâmpada para verificar possíveis emissões luminosas.
- O experimento foi então repetido utilizando uma haste acrílica em vez da haste de polipropileno, seguindo exatamente o mesmo procedimento.
3.1.4 RESULTADO
- "De acordo com o que foi observado nos eletrodos, o que podemos inferir sobre o tipo de cargas elétricas presentes nas hastes? " Resposta: A haste de polipropileno adquiriu carga negativa (ganhou elétrons). A lâmpada acendeu mais facilmente devido à maior concentração de carga. Já a haste de acrílico adquiriu carga positiva (perdeu elétrons). Foi mais difícil acender a lâmpada porque a carga era menos intensa ou menos concentrada.
3.2 ELETRIZAÇÃO POR CONTATO - Demonstração dos tipos de cargas em filmes e placas
3.2.1 OBJETIVO
Verificar com uma lâmpada, como se carregam uma placa de policarbonato e uma folha de acetato ao atritá-las com um papel seco.
3.2.2 MATERIAIS UTILIZADOS
Os materiais utilizados estão descritos na tabela 2 e ilustrados na figura 2.
Tabela 2: Materiais Quantidade Placa de Policarbonato 1 Folha de Acetato (transparente) 1 Lâmpada de Neon 1 Folhas de Papel Áspero - Fonte: os autores.
Figura 2:
Fonte: os autores.
3.2.3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
- A folha de acetato foi posicionada sobre a placa de policarbonato e friccionada com um pedaço de papel por um determinado período de tempo, visando eletrizá-las por atrito.
- Após o atrito, a folha de acetato foi separada da placa de policarbonato. Em seguida, segurando a lâmpada de neon por uma de suas extremidades metálicas, a outra extremidade foi encostada na folha de acetato. Observou-se atentamente os eletrodos da lâmpada para verificar possíveis emissões luminosas.
- O mesmo procedimento foi realizado, mas agora encostando a lâmpada na placa de policarbonato. Novamente, os eletrodos da lâmpada foram observados para análise do comportamento da carga elétrica.
- Para neutralizar as cargas acumuladas, tanto a folha de acetato quanto a placa de policarbonato foram descarregadas, aterrando-as.
- Em seguida, apenas a folha de acetato foi atritada e, posteriormente, colocada em contato com a lâmpada. Observou-se novamente os eletrodos para analisar o efeito da eletrização isolada da folha.
- O experimento foi repetido com a placa de policarbonato, seguindo o mesmo procedimento do passo anterior, e os eletrodos da lâmpada foram observados.
3.2.4 RESULTADO
- "De acordo com o que foi observado nos eletrodos, o que podemos inferir sobre o tipo de cargas elétricas presentes na placa de policarbonato e na folha de acetato?" Resposta: A folha de acetato adquire carga positiva (perde elétrons), já a placa de policarbonato adquire carga negativa (ganha elétrons).
- "Compare os resultados observados quando a folha e a placa são carregadas juntamente e separadamente. Resposta: Carregadas juntas: A interação entre as cargas opostas (positiva no acetato e negativa no policarbonato) aumenta a intensidade do fenômeno observado na lâmpada neon. Carregadas separadamente: O efeito é menos intenso, pois a interação entre os materiais não contribui para a polarização clara das cargas.
- O procedimento anterior foi repetido utilizando uma haste acrílica no lugar da haste de polipropileno, com o objetivo de comparar os efeitos da eletrização dos diferentes materiais sobre a balança elétrica.
3.3.4 RESULTADO
- "Descreva o fenômeno ocorrido, justificando com base nos conceitos da teoria eletrostática." Resposta: O fenômeno observado é a atração ou repulsão entre as hastes eletrizadas, dependendo do tipo de carga presente em cada uma. Isso ocorre devido à interação das forças elétricas geradas pelas cargas. No caso do polipropileno, ao ser atritado, ele ganha elétrons e adquire carga negativa e no caso do acrílico, ele perde elétrons ao ser atritado, adquirindo carga positiva. Quando usamos as duas hastes de polipropileno (mesmo material), ambas estavam carregadas negativamente, o que resultou em repulsão. E usando a haste de polipropileno (negativa) e a de acrílico (positiva), ocorreu uma atração devido à diferença de cargas
Justificativa teórica: De acordo com a lei de Coulomb, a força elétrica entre duas cargas é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Assim: Se as cargas forem de mesmo sinal, ocorre repulsão. Porém, se forem de sinais opostos, ocorre atração.
3.4 EFEITOS DA FORÇA ELÉTRICA - Força entre corpos carregados 2
3.4.1 OBJETIVO
Verificar as forças que atuam entre hastes de polipropileno e folhas de plástico quando atritadas com papel.
3.4.2 MATERIAIS UTILIZADOS
Os materiais utilizados estão descritos na tabela 4 e ilustrados nas figura 4.
Tabela 4: Materiais Quantidade Base de Eletroscópio 1 Placa de Policarbonato 1 Folha de Acetato (transparente) 1 Haste de Polipropileno (cinza) 1 Grampo para Hastes Redondas 1 Folhas de Papel Áspero - Fonte: os autores.
Figura 4:
Fonte: os autores.
3.4.3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
- A folha de acetato foi posicionada sobre a placa de policarbonato e friccionada com um pedaço de papel por um determinado tempo. Em seguida, a folha de acetato foi separada da placa.
- A folha de acetato foi então aproximada, sem encostar, das duas extremidades da balança elétrica, e as reações foram cuidadosamente observadas. Em seguida, repetiu-se o procedimento com a placa de policarbonato, analisando possíveis diferenças no comportamento da balança elétrica em relação a cada material.
- Para neutralizar as cargas acumuladas, tanto a folha de acetato quanto a placa de policarbonato foram descarregadas, aterrando-as entre as mãos. Após esse processo, apenas a folha de acetato foi novamente friccionada com o papel. Sem encostar, a folha foi aproximada das extremidades da balança elétrica.
- O mesmo procedimento do passo anterior foi repetido, agora utilizando apenas a placa de policarbonato, permitindo a comparação dos efeitos da eletrização individual de cada material sobre a balança elétrica.
3.4.4 RESULTADO
- "Compare os resultados observados quando a folha e a placa são carregadas juntamente e separadamente." Resposta: Quando carregadas juntas: A folha de acetato e a placa de policarbonato adquirem cargas opostas devido ao atrito direto entre elas. Isso resulta em uma atração ao aproximar a folha da haste, já que cargas opostas se atraem. Quando carregadas separadamente: A folha de acetato e a placa de policarbonato podem adquirir cargas de mesmo sinal ao serem atritadas com o papel áspero. Nesse caso, ao aproximá-las, ocorre repulsão devido à repulsão entre cargas iguais.
3.5 EFEITOS DA FORÇA ELÉTRICA - Modelo de um eletroscópio
3.5.1 OBJETIVO
- Por fim, a haste de polipropileno foi novamente carregada por atrito e encostada na haste metálica. Imediatamente após essa etapa, o mesmo procedimento foi realizado com a haste acrílica também carregada.
3.5.4 RESULTADO
- "Observações e registros feitos durante o experimento:" Resposta: Quando a haste de polipropileno(cinza) carregada foi aproximada ou tocou a haste metálica, a tira condutora se afastou devido à repulsão de cargas iguais. Repetindo o experimento com a haste acrílica(transparente), ocorreu um comportamento semelhante ao da haste de polipropileno(cinza). Quando a haste de polipropileno(cinza) foi usada novamente após a descarga, e depois a haste acrílica(transparente) foi usada na sequência, a tira condutora mostrou variações de movimento.
3.6 EFEITOS DA FORÇA ELÉTRICA - O funcionamento de um eletroscópio
3.6.1 OBJETIVO
Verificar o que acontece com o eletroscópio ao tocá-lo com um objeto carregado e depois com a mão.
3.6.2 MATERIAIS UTILIZADOS
Os materiais utilizados estão descritos na tabela 6 e ilustrados nas figura 6.
Tabela 6: Materiais Quantidade Haste de Polipropileno (cinza) 1 Haste Acrílica (transparente) 1 Eletroscópio com Agulha Metálica 1 Folhas de Papel Áspero - Fonte: os autores.
Figura 6:
Fonte: os autores.
3.6.3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
- A agulha foi inserida no eletroscópio através do orifício central, garantindo que a extremidade mais larga e pesada ficasse voltada para baixo. Dessa forma, a agulha permaneceu na posição vertical inicial.
- A haste de polipropileno foi eletrizada por atrito com um pedaço de papel seco. Em seguida, o extremo carregado da haste foi passado repetidamente sobre o eletroscópio, realizando movimentos de rotação longitudinal.
- A mão foi colocada diretamente sobre o eletroscópio para analisar possíveis alterações na posição da agulha e no estado de carga do sistema.
- O experimento foi repetido utilizando uma haste de acrílico em vez da haste de polipropileno.
- A haste de polipropileno foi novamente eletrizada por atrito e passou repetidamente sobre o eletroscópio, seguindo o mesmo procedimento da etapa anterior.
- Em seguida, a haste de acrílico foi friccionada com o papel seco e imediatamente encostada no eletroscópio.
3.6.4 RESULTADO
- "Observações e registros feitos durante o experimento." Resposta: Foi observado que, ao aproximar tanto a haste acrílica quanto a haste de polipropileno previamente friccionadas, a agulha se moveu levemente, indicando uma atração eletrostática. Esse comportamento sugere que as hastes estavam eletricamente carregadas e induziram uma redistribuição de cargas na estrutura metálica do eletroscópio, resultando na movimentação da agulha.
3.7 INDUÇÃO ELÉTRICA - Indução eletrostática com condutores e não-condutores
3.7.1 OBJETIVO
Fonte: os autores.
3.7.3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
- O papel foi cortado em vários pedaços pequenos.
- Em seguida, a folha de alumínio também foi cortada em pedaços pequenos, com dimensões semelhantes às dos pedaços de papel.
- A haste de polipropileno foi eletrizada por atrito com um pedaço de papel. Após o carregamento elétrico, a haste foi aproximada dos pedaços de papel que estavam sobre a mesa.
- O experimento foi repetido com os pedaços de papel-alumínio, analisando possíveis diferenças na resposta do material em relação à interação com a haste eletrizada.
- O procedimento foi então realizado novamente, mas utilizando uma haste acrílica no lugar da haste de polipropileno.
- A folha de acetato foi eletrizada por atrito com o papel e, em seguida, passada horizontalmente sobre os pedaços de papel e de papel-alumínio.
- O par de pêndulos foi posicionado na ranhura da base do eletroscópio, garantindo que ficasse devidamente alinhado para o experimento.
- A haste de polipropileno foi novamente eletrizada e aproximada do extremo de um dos tubos de alumínio dos pêndulos colocados no eletroscópio, sem encostar inicialmente.
- Em seguida, a haste foi encostada diretamente no tubo de alumínio.
- Os tubos de alumínio foram descarregados, aterrando-os para remover qualquer carga acumulada.
- O par de pêndulos foi então reposicionado na ranhura do eletroscópio, garantindo que os tubos de alumínio ficassem paralelos.
- A haste de polipropileno foi novamente eletrizada e aproximada da parte inferior dos pêndulos no eletroscópio.
- A haste eletrizada foi então encostada nos tubos de alumínio.
- Por fim, os tubos de alumínio foram descarregados novamente, aterrando-os, concluindo o experimento.
3.7.4 RESULTADO
- "Observações e registros feitos durante o experimento." Resposta: Na primeira parte do experimento, observou-se que as hastes de polipropileno(cinza) e acrílico(transparente), quando atritadas com papel áspero, atraíram o papel e repeliram o papel alumínio, indicando que adquiriram carga elétrica. A folha de acetato quando atraiu ambos, ou seja, ela adquiriu carga oposta às hastes. Na segunda parte, pêndulos de alumínio foram polarizados pela aproximação das hastes carregadas, demonstrando a redistribuição de cargas. Ao aproximar a haste carregada dos pêndulos, observava-se que ocorreu uma atração deles em direção à haste. Isso ocorreu devido à polarização das cargas nos pêndulos. E ao tocar a haste nos pêndulos, houve transferência de carga, resultando na repulsão dos pêndulos entre si.
3.8 INDUÇÃO ELÉTRICA - Efeito de uma força sobre um corpo com indução eletrostática
3.8.1 OBJETIVO
Verificar o efeito da força entre uma haste de polipropileno carregada eletricamente e uma placa metálica descarregada segura por um isolante.
3.8.2 MATERIAIS UTILIZADOS
Os materiais utilizados estão descritos na tabela 8 e ilustrados na figura 9.
Tabela 8: Materiais Quantidade Haste de Polipropileno (cinza) 2 Base de Eletroscópio 1 Grampo para as hastes redondas 1 Placa Condutora com Grampos para haste redonda 1 Folhas de Papel Áspero - Fonte: os autores.
Figura 9:
3.9 ARMAZENAMENTO DE CARGAS - Tipos de carga que podem ser acumuladas em um copo de Faraday
3.9.1 OBJETIVO
Comprovar com uma lâmpada de neon, se em um copo de Faraday pode acumular cargas negativas quanto positivas.
3.9.2 MATERIAIS UTILIZADOS
Os materiais utilizados estão descritos na tabela 9 e ilustrados na figura 10.
Tabela 9: Materiais Quantidade Haste de Polipropileno (cinza) 1 Haste Acrílica (transparente) 1 Eletroscópio com gulha metálica 1 Copo de Faraday com orifício para haste redonda 1 Lâmpada de Neon 1 Folhas de Papel Áspero - Fonte: os autores.
Figura 10:
Fonte: os autores.
3.9.3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
- A agulha foi inserida no eletroscópio e o copo de Faraday foi posicionado no orifício superior do eletroscópio, garantindo que seu fundo estivesse em contato direto com o eletroscópio para permitir a condução elétrica.
- A haste de polipropileno foi eletrizada por atrito e utilizada para carregar o copo de Faraday. Para verificar o tipo de carga presente no copo, a lâmpada de neon foi utilizada como indicador, observando-se a resposta luminosa ao contato com o copo carregado.
- O procedimento foi então repetido utilizando uma haste de acrílico eletrizada, e novamente a lâmpada de neon foi utilizada para determinar o tipo de carga presente no copo de Faraday, permitindo a comparação dos resultados obtidos com cada material.
3.9.4 RESULTADO
- "Observações e registros feitos durante o experimento." Resposta: Ao carregar o copo de Faraday com a haste de polipropileno e posteriormente com a haste de acrílico, verificou-se que a lâmpada de neon acendeu em ambas as situações, indicando a presença de carga elétrica no copo. Esse resultado demonstra que o copo de Faraday pode acumular tanto cargas positivas quanto negativas, dependendo do material utilizado para eletrizá-lo. Além disso, observou-se que a agulha do eletroscópio foi atraída em ambas as situações, reforçando a influência do campo elétrico gerado pelas cargas acumuladas no sistema. Esses resultados confirmam o princípio de armazenamento e detecção de carga elétrica no copo de Faraday.
3.10 DESLOCAMENTO DE CARGAS
3.10.1 OBJETIVO
Estudar se as cargas podem se deslocar em corpos com cargas distintas.
3.10.2 MATERIAIS UTILIZADOS
Os materiais utilizados estão descritos na tabela 10 e ilustrados na figura 11.
Tabela 10: Materiais Quantidade Haste de Polipropileno (cinza) 1 Eletroscópio com gulha metálica 1 Folha de Acetato 1 Lâmpada de Neon 1 Folhas de Papel Áspero - Fonte: os autores.
Figura 11:
No teste com o eletroscópio, observou-se que ao tocar a parte superior (ponto A), a lâmpada acendeu, confirmando a presença de carga elétrica nessa região. No entanto, ao tocar a parte inferior (ponto B), a lâmpada não acendeu, sugerindo que não havia carga acumulada nesse ponto ou que a distribuição de carga no sistema ocorreu de forma desigual.
3.11 CONDUTORES E NÃO-CONDUTORES
3.11.1 OBJETIVO
Estudar com um eletroscópio se corpos distintos são condutores.
3.11.2 MATERIAIS UTILIZADOS
Os materiais utilizados estão descritos na tabela 11 e ilustrados na figura 12.
Tabela 11: Materiais Quantidade Haste de Polipropileno (cinza) 1 Haste Acrílica (transparente) 1 Haste Metálica 1 Eletroscópio com gulha metálica 1 Copo de Faraday com orifício para haste redonda 1 Placa Metálica 1 Lâmpada de Neon 1 Folha de Acetato 1 Rolha de Borracha 1 Tiras Condutoras - Folhas de Papel Áspero - Fonte: os autores.
Figura 12:
Fonte: os autores.
3.11.3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
- A haste de polipropileno foi eletrizada por atrito e utilizada para carregar o eletroscópio, tocando sua parte superior e transferindo carga ao dispositivo.
- Em seguida, cada um dos objetos listados na tabela foi segurado manualmente e utilizado para tocar a superfície superior do eletroscópio. Durante esse processo, foram observadas possíveis variações na carga do eletroscópio, registrando-se as reações da agulha do aparelho para cada objeto testado.
3.11.4 RESULTADO
- "Marque com um x na tabela o que ocorrer com a agulha em cada caso." Resposta:
3.12 DESCARREGAS ELÉTRICAS
3.12.1 OBJETIVO
Observar as diferentes naturezas de interação entre cargas a as causas e efeitos das descargas elétricas.
3.12.2 MATERIAIS UTILIZADOS
Os materiais utilizados estão descritos na tabela 12 e ilustrados na figura 13.
Tabela 12: Materiais Quantidade Gerador Eletrostático (fonte de alta-tensão) 1 Esferas Condutoras com suporte isolante 2 Placas Condutoras com suporte isolante 1 Fios para ligações 2 Caneco Condutor e Tela Metálica 1 Condutores Pontiagudos (alfinete) 2 Vela 1
