Electrostática - Apostilas - Fisica, Notas de estudo de Física. Universidade do Estado do Amazonas (UEA)
Brigadeiro
Brigadeiro6 de Março de 2013

Electrostática - Apostilas - Fisica, Notas de estudo de Física. Universidade do Estado do Amazonas (UEA)

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Apostilas de Física sobre o estudo da Electrostática, Introdução Teórica, desenvolvimento prático, experimentos.
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Relatório: Electrostática” electrização dos corpos”

. Muitas vezes essas cargas passam despercebidas, pois não sentimos e nem as vemos. Isso se deve ao fato de possuírem quantidades iguais dos dois tipos de cargas eléctricas, positiva e negativa. Contudo, o objectivo do experimento é:

• Estudar os processos de electrização dos corpos

• Verificar experimentalmente as leis qualitativas das cargas eléctricas

Introdução Teórica

Os Natureza Eléctrica dos Átomos – Os átomos basicamente são compostos por três partículas: electrões, protões e neutrões. Verifica-se experimentalmente uma propriedade dessas partículas: electrão repele electrão, protão repele protão e electrão e protão atraem-se mutuamente; O neutrão não interage de nenhuma forma com o electrão, ou protão, ou neutrão. Dessas experiências vemos que protões e electrões apresentam uma propriedade que os neutrões não apresentam: a carga eléctrica. Verifica-se que, quando um átomo apresenta um número de protões igual ao número de electrões ele não manifesta propriedades eléctricas.

Se quisermos observar as propriedades eléctricas de um corpo, devemos então electrizá-lo, ou seja, desequilibrar as quantidades de protões e electrões, ou doando ou retirando electrões. Existem algumas formas de electrização de objectos, Como:

• Electrização por atrito: Quando atritamos dois corpos de materiais diferentes, um deles cede electrões para o outro. Aquele que recebeu electrões ficou carregado negativamente; Enquanto o que doou ficou carregado positivamente.

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• Electrização por condução: Se quisermos electrizar um corpo condutor, basta colocar este em contacto com um condutor carregado. Como existem quantidades razoáveis de electrões livres, estes “fluem” para o corpo neutro. Esse fluxo se estabiliza quando o potencial eléctrico dos corpos em contacto se iguala.

• Electrização por indução: É o tipo de electrização sem contacto físico. Quando aproximamos um corpo A (isolante ou condutor) carregado de um condutor neutro observamos que: No corpo do condutor neutro certa quantidade de electrões movem-se dependendo do tipo de carga do corpo A; Se A possui carga +q, então electrões livres dos condutores movem-se em direcção ao corpo A. Do contrário tais electrões buscam se afastarem do corpo A.

Os materiais são caracterizados em relação a sua condutividade eléctrica, basicamente, em duas classes:

• Condutores: o que caracteriza o material condutor é o fato de os electrões de valência (por exemplo, o cobre que possui um electrão na última camada) estarem fracamente ligados ao átomo, podendo ser facilmente deslocados do mesmo. Podemos citar o ouro e a prata como materiais que também possuem uma constituição semelhante à do cobre, com um único electrão na camada de valência, logo são dois outros excelentes condutores de electricidade.

• Isolantes: os materiais isolantes devem corresponder aos materiais que apresentam os electrões de valência rigidamente ligados aos seus átomos. Entretanto, verifica-se que se consegue uma resistividade muito maior com substâncias compostas.

DESENVOLVIMENTO PRÁTICO

. Material Utilizado

• 2 Bastões de plásticos 2 bastões vidram

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[pic]

• Fios de algodão

• Electroscópio de folha;

• Electrómetro

• Panos de material diferente (1 de lã e de ceda)e Suporte

. Descrição do Experimento

Experimento 1:

Friccionamos uma das pontas de um bastão de plástico num tecido de lã para que aconteça a electrização do bastão, após isso, sem que deixássemos encostar , o aproximamos aos pequenos pedaços de papel.

Experimento 2:

. Friccionamos uma das pontas de um bastão de vidro num tecido de ceda para que aconteça a electrização do bastão, após isso, sem que deixássemos encostar, o aproximamos aos pequenos pedaços de papel.

Experimento 3:

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Suspender um bastão de plástico num suporte pelo seu centro de gravidade de modo que possa girar livremente.

-Friccionamos uma das extremidades desse bastão de plástico com um pedaço de lã

-friccionamos em seguida e usando o mesmo pano a extremidade de outro bastão de plástico

- Aproxime em seguida a extremidade referida acima à extremidade da barra suspensa e registar o que se observa.

Experimento 4:

Suspender um bastão de vidro num suporte pelo seu centro de gravidade de modo que possa girar livremente

-Friccionamos uma das extremidades desse bastão de vidro com um pedaço de ceda

-friccionamos em seguida e usando o mesmo pano a extremidade de outro bastão de vidro

- Aproxime em seguida a extremidade referida acima à extremidade da barra suspensa e registar o que se observa.

Experimento 5:

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Suspender um bastão de plástico num suporte pelo seu centro de gravidade de modo que possa girar livremente

-Friccionamos uma das extremidades desse bastão de plástico com um pedaço de lã

-friccionamos em seguida bastão de vidro e usando o pano de ceda a extremidade de outro bastão de plástico

- Aproxime em seguida a extremidade referida acima à extremidade da barra suspensa e registar o que se observa.

Experimento 6:

Friccionamos uma das pontas de um bastão de plástico num tecido de lã para que aconteça a electrização do bastão, após isso, sem que deixássemos encostar, o aproximamos as bolas de isopor do pêndulo eléctrico( o mesmo processo com a barra de vido com ceda )

Experimento 7:

Friccionamos uma das pontas de um bastão de plástico num tecido de lã para que aconteça a electrização do bastão, após isso, deixando encostar, o aproximamos as bolas de isopor do pêndulo eléctrico( o mesmo processo com a barra de vido com ceda )

Experimento 8:

Colocar a extremidade electrizada do bastão de (vidro ou plástico) entre as duas bolas de modo ataca-las mantenha o contacto durante um certo intervalo de tempo.

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Experimento 9:

Friccionamos uma das pontas de um bastão de plástico num tecido de lã para que aconteça a electrização do bastão, após isso, tocamos o botão do electroscópio com o dedo e aproximamos abara friccionada ao botão sem tocar e retiramos o dedo colocado, após isso afastamos o bastão.

E repetimos o mesmo processo com o bastão de vidro

Experimento 10:

Voltamos a repetir o experimento anterior, mas desta vez tocando o bastão de ( plástico ou vidro) no botão do electroscópio retiramos o dedo e o bastão e observe o ângulo de abertura da folha na escala

-repita o procedimento anterior, retire o bastão e avalie de novo o ângulo.

-ligar o botão do electrometro carregado ao dum electroscópio de folhas neutro primeiro através dum cabo metálico

-registar o que se constata com as folhas do electrometro. Justifique porque o ângulo de desvio agora diminui isolante.

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. ANÁLISE DOS RESULTADOS E CONCLUSÃO

Experimento1,2:

Electrizando o bastão de plástico com lã, o bastão de plástico atrair os pedaços de papel, e com a barra de vidro no pano de seda a barra a trai os pedaços de papel também , tal facto porque Os bastões de vidro e as barras de plástico, quando atritamos com a seda e a lã,

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respectivamente, adquirem uma propriedade que não possuíam antes da fricção: eles passam a atrair corpos de sinal contrario , Nessas condições, dizemos que os bastões de vidro e as barras de plástico estão electrizados.

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Experimento 3,4 e 5:

com duas barras de plástico atritadas com um pedaço de lã ou pele de animal. Observamos que as duas barras de plástico repelem-se,

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um dos bastões de vidro é suspenso por um fio e o outro bastão de vidro é aproximado do primeiro. Observamos que os dois bastões de vidro repelem-se

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Finalmente, aproximamos a barra de plástico atritado com lã do bastão de vidro atritado com seda. Observamos, agora, um atracão entre eles.

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Experimento 6,7,8:

Inicialmente, ao aproximarmos o bastão notávamos que o bastão e as bolinhas sofriam uma força de atracção fig. d, já que as bolinhas estavam inicialmente neutras e o bastão carregado, porém quando deixamos que acontecesse o contacto as cargas eléctricas eram passadas do bastão até as bolinhas fazendo com que neste momento sofram repulsão por estarem ambas com a mesma carga eléctrica. Contudo, a passagem das cargas do bastão para o isopor é de menor eficiência quando comparado a bolinha metálica já que trata-se de um material isolante e um condutor eléctrico, respectivamente.

[pic]fig. d

| |Inserindo entre os pêndulos (já electrizados) um bastão electrizado (atritado) previamente com |

| |guardanapo, a sua força de repulsão soma-se à anterior, aumentando a abertura angular entre os |

| |pêndulos. |

| | |

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| |[pic] |

Experimento 9:

Tendo uma das barras electrizadas uma de vidro friccionada no pano de seda ou uma de plástico friccionada na lã, aproximando, de um electroscópio, porém agora tocamos a esfera do electroscópio com o dedo mantendo o bastão próximo a esfera, ainda com o bastão próximo ao electroscópio retira-mos o dedo e posteriormente o bastão e verificamos a mudança em Aproximando, sem deixar encostar, que as folhasdo electroscópio sofriam uma repulsão, pois estas receberam cargas de mesmo sinal. Mantendo o dedo apoiado na esfera do electroscópio aproxima os bastões electricamente carregado, assim as folhas do electroscópio sofriam uma força de atracão já que os electrões podem vagar livremente, pois o corpo humano se comporta como um a terramento, porém quando tiramos o dedo do electroscópio e seguidamente afastamos o bastão notamos que as folhas se afastam pelo fato de possuírem cargas de mesma natureza.

[pic] [pic]

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Experimento 10:O electroscópio

|[pic] |O electroscópio consta de duas lâminas delgadas de ouro ou alumínio que estão fixas no extremo de uma |

| |varinha metálica B que passa através de um suporte C de ebonite, âmbar ou enxofre. Quando é tocada a bola do|

| |electroscópio com um corpo carregado, as lâminas adquirem carga de mesmo sinal e se repelem sendo sua |

| |divergência uma medida da quantidade de carga que foi recebida. A força de repulsão electrostática é |

| |equilibrada com o peso das lâminas. |

Se é aplicada uma diferença de potencial entre a bola C e a caixa do mesmo, as lâminas também se separam. Podemos calibrar o electroscópio traçando a curva que nos da a diferença de potencial em função do ângulo de divergência.

Um modelo simplificado de electroscópio consiste em duas pequenas esferas de massa m carregadas com cargas iguais q e de mesmo sinal que pendem de duas linhas de comprimento d, tal como é indicado na figura. A partir da medida do ângulo θ que forma uma bolinha com a vertical, é calculada sua carga q.

|[pic] |Sobre uma bolinha actuam três forças |

| |O peso mg |

| |A tensão da corda T |

| |A força de repulsão eléctrica entre as bolinhas F |

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Através dos experimentos feitos pudemos colocar em prática os três tipos de electrização: por contacto, indução e atrito. Nesses processos, observamos que as cargas em excesso presente no corpo electrizado encontram-se na superfície externa do objecto, sendo assim fica mais fácil sua condução para outro corpo.

Observamos ainda em vários experimentos que quando trabalhamos com cargas eléctricas de sinais opostos estas tendem a se atraírem porém, quando estão sendo usados corpos com cargas de mesmo sinal verificamos que estes corpos sofrem uma força de repulsão dificultando o contacto entre os dois. A partir disso, pudemos reflectir sobre o conceito da lei de Du Fay que diz: “Corpos electrizados com cargas de mesmo sinal repelem-se. Corpos electrizados com cargas de sinais contrários atraem-se.”.

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