Eletrização e Geradores Eletrostáticos

CAPÍTULO
3
Eletrostática; Eletrização e Geradores Eletrostáticos
Prof. Cláudio Graça, Dep. Fı́sica UFSM
3.1
Objetivos
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3.2
Estudar a eletrização por atrito e as máquinas eletrostáticas;
Observar o campo elétrico em torno de corpos eletrizados;
Observar as demonstrações de geração de descarga elétrica;
Observar e descrever um gotejador;
Construir um eletroscópio.
Eletrização por Indução e por atrito
Neste experimento utilizaremos bastões de vários materiais e tecidos além de eletroscópios
e a construção de eletróforos.
3.2.1
Eletróforo
O eletróforo de Volta é uma máquina eletrostática simples. Para faze-lo funcionar, primeiro
eletriza-se negativamente, por atrito, um disco, feito de material isolante (PVC). Em seguida, colocase o disco condutor com o cabo isolador sobre o primeiro disco, e toca-se o disco condutor com o
dedo. Levantando o disco condutor pelo cabo isolador, verifica-se que está eletrizado positivamente.
O disco condutor é carregado por indução.
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Experimentos de Fı́sica: Eletricidade e Magnetismo
Figura 3.1: Funcionamento de um eletróforo
3.2.2
Eletroscópio com Agulha Metálica
Existem muitos modelos de eletroscópio deste tipo, a escolha da agulha metálica, com movimento pendular, é que a dupla ação da agulha o torna muito sensı́vel e de fácil construção, como
o mostrado na figura 3.2. Ao se tocar o eletroscópio com um corpo carregado, tanto o corpo como
a agulha se carregam com carga de mesmo sinal, repelindo-se dessa maneira. Dessa maneira o eletroscópio é sensı́vel tanto a cargas positivas como negativas. O único cuidado na construção deste
eletroscópio é que o eixo da agulha seja colocada exatamente no centro de massa da mesma.
Figura 3.2: Esquema simplificado de um eletroscópio de dupla ação.
3.2.3
Gerador de Van der Graaff
A figura 3.3 mostra um diagrama simplificado de um gerador eletrostático de van der
Graaff . Um motor movimenta uma correia de material isolante, sobre duas polias. A correia atrita,
na parte inferior, com um escova ou pente metálico de pontas afiadas que está ligada ao eletrodo
positivo de uma fonte. Os elétrons removidos da correia a tornam positiva. Na parte superior existe
uma escova semelhante que recolhe a carga positiva e a recolhe à esfera metálica colocada na parte
superior. O campo elétrico, gerado pela esfera carregada, faz com que a penetração da carga pela
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Experimentos de Fı́sica: Eletricidade e Magnetismo
Figura 3.3: Esquema simplificado de um gerador eletrostático van der Graaff.
correia seja feita sem a necessidade de realizar um trabalho, já que o campo no interior da esfera
é nulo. A eletrização da correia e o recolhimento de cargas é feita através do fenômeno conhecido
como efeito corona. Estes dois processos permitem elevar gradualmente o potencial da esfera, que é
limitado unicamente pela rigidez dielétrica do ar à sua volta. Ao ar livre é possı́vel atingir tensões
superiores a 200 kV . Em aceleradores é possı́vel aumentar esse potencial, criando uma atmosfera de
nitrogênio sob pressão, o que permite atingir tensões de 10 a 20 M V .
3.2.4
Máquina de Wimshurst
A máquina eletrostática de Wimshurst, conforme mostra a figura 3.4 funciona com dois
discos, idênticos, constituı́dos de material isolante - vidro ou acrı́lico, em cuja face são fixadas,
igualmente espaçadas, pequenas chapas ovaladas de metal. Essas chapas são atritadas com um pente
metálico quando os discos giram em sentido contrário.
O atrito eletriza as chapas cujas cargas são coletadas através de pentes coletores em ambos
os lados dos discos e, estes carregam, por indução, com cargas de sinais contrários, duas esferas que
podem ser encostadas uma na outra, ou separadas entre si por uma certa das uma na outra, ou
separadas entre si por uma certa distância.
A diferença de potencial entre as esferas coletoras de cargas elétricas pode atingir 100 kV .
Apesar da alta voltagem, a corrente elétrica envolvida é muito pequena, cerca de 1 microampere.
3.3
3.3.1
Experimentos
Eletrização por Indução e Atrito
1. princı́pio de eletrização por atrito e indução
2. série triboelétrica
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Experimentos de Fı́sica: Eletricidade e Magnetismo
Figura 3.4: Esquema de funcionamento do Gerador Eletrostático Wimshurst
3. funcionamento e construção de eletroscópios
4. funcionamento e utilidade do eletróforo
3.3.2
Utilização das máquinas Eletrostáticas
1. Funcionamento das máquinas eletrostáticas
2. Observação das linhas de campo no cabeçote do Gerador de van der Graaff.
3. Construção de uma cuba com simulação de um campo proposto pelo professor e observação do
campo como no ı́tem anterior.
4. Experimentos com os copos de Faraday e gotejador.
5. Observação do campo elétrico utilizando uma ponteira de prova como eletroscópio eletrônico.
3.3.3
Relatório
1. Descreva todos os experimentos de eletrização.
2. Explique o principio de funcionamento dos Geradores eletrostáticos de van der Graaff e Wimhurst.
3. Descreva os experimentos feitos em aula utilizando os geradores eletrostáticos.
4. Descreva as propriedades do campo elétrico observados em aula.
5. Faça a sua própria construção de um eletroscópio e faça um roteiro dos cuidados nessa construção
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