Física 3- Eletrizado_Final

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Laboratório 1 - Eletrização 
 
Adenilson Luis Schiavo mat: 0243595 
Evandro Helmuth mat: 0231912 
Evons da Luz mat: 0234924 
Fabiano da Rosa mat: 0242182 
Kelvin Muller Minhos mat: 0234860 
Micael Salvador mat: 0235064 
 
Igor Penso 
 05 de Abril de 2018 
 
1. Objetivos 
- Analisar o funcionamento do gerador de Van de Graaf; 
- Verificar se um corpo está ou não eletrizado; 
- Compreender os processos de eletrização; 
- Entender na prática o que é um campo elétrico através de um processo de eletrização; 
- 
2. Introdução Teórica 
A teoria atômica trouxe uma nova perspectiva para explicar os fenômenos de eletrização. De 
acordo com ela, todos os corpos são formados por átomos. Estes, são constituídos por três partículas 
elementares: prótons, nêutrons e elétrons. Os dois primeiros encontram-se no núcleo dos átomos, 
enquanto que os últimos estão em uma região em torno deste núcleo. 
 
2.1 Carga elétrica 
 
É a grandeza física que determina a intensidade das interações eletromagnéticas. A carga 
elétrica pode ser de dois tipos: positivas e negativas. Cargas de mesmo sinal repelem-se mutuamente 
e cargas de sinais opostos atraem-se mutuamente. [1] 
Para a carga do elétron é atribuída o nome de carga negativa e é representado por –e. Já a 
carga do próton é denominada carga positiva, sendo descrita por +e. No sistema internacional de 
unidades, a unidade de medida da carga elétrica é o Coulomb (C). A carga do elétron, quando tomada 
em módulo, é chamada de carga elementar e é representada por e. 
 
Carga elementar 1,6.10-19C 
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Carga elementar -1,6.10-19C 
Carga elementar +1,6.10-19C 
 
2.2 Eletrização de um corpo 
 
O processo de eletrização de um corpo é semelhante ao de um átomo. Se num corpo o número 
de prótons for igual ao número de elétrons, dizemos que ele está neutro. Quando um corpo apresenta 
uma falta ou um excesso de elétrons, ele adquire uma carga elétrica Q, que é sempre um número 
inteiro n de elétrons, de modo que: [2] 
 
Q = n.e 
 𝑄 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝐶); 
 𝑛 = 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛𝑠; 
 𝑒 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑟. 
 
2.3 Condutores e isolantes 
 
Materiais são frequentemente classificados baseados na capacidade de elétrons fluírem através 
deles. [1] 
Condutores são materiais nos quais os elétrons se locomovem com facilidade por estarem mais 
distantes do núcleo do átomo, adquirindo uma liberdade de movimento. Num condutor eletrizado, as 
cargas elétricas se localizam na superfície. 
Já os isolantes são os materiais onde os elétrons não se movimentam com facilidade, pois 
estão fortemente ligados ao núcleo do átomo e dificilmente poderão se libertar. 
 
2.4 Processos de eletrização 
 
Eletrização por atrito: Quando dois corpos são atritados, pode ocorrer a passagem de 
elétrons de um corpo para o outro. Nesse caso diz-se que houve uma eletrização por atrito. [2] 
“Na eletrização por atrito, os dois corpos ficam carregados com cargas iguais, porém de 
sinais contrários.” 
 
Figura 1: Eletrização por atrito. [3] 
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Eletrização por contato: Quando colocado dois corpos condutores em contato, um eletrizado 
e o outro neutro, pode ocorrer a passagem de elétrons de um para o outro, fazendo com que o corpo 
neutro se eletrize. [2] 
“Na eletrização por contato, os corpos ficam eletrizados com cargas de mesmo sinal.” 
 
 
Figura 2: Eletrização por contato. [4] 
 
Eletrização por indução: A eletrização de um condutor neutro pode ocorrer por simples 
aproximação de um outro corpo eletrizado, sem que haja o contato entre eles. O fenômeno da 
separação de cargas num condutor, provocado pela aproximação de um corpo eletrizado, é 
denominado indução eletrostática. [2] 
“Na indução eletrostática ocorre apenas uma separação entre algumas cargas positivas e 
negativas do corpo.” 
O corpo eletrizado que provocou a indução é denominado indutor e o que sofreu a indução é 
chamado induzido. 
 
2.5 Eletroscópio 
É um aparelho que se destina a indicar a existência de cargas elétricas, ou seja, identificar se 
um corpo está eletrizado. 
O mais comum é o pêndulo eletrostático que é constituído de uma esfera leve e pequena, em 
geral de cortiça ou isopor, suspensa por um fio flexível e isolante que está preso a um suporte. Seu 
funcionamento é para determinar se um corpo está eletrizado. Aproximando o corpo da esfera neutra, 
se ele estiver eletrizado, ocorrerá o fenômeno da indução eletrostática na esfera, e ela será atraída 
para o corpo em teste. [2] 
 
2.6 Força elétrica 
 
A lei de Coulomb diz respeito à intensidade das forças de atração ou de repulsão, que agem 
em duas cargas elétricas puntiformes, quando colocadas em presença uma da outra. Essa forças 
podem ser de ação e reação, e portanto, têm a mesma intensidade, a mesma direção e sentidos opostos. 
 
F = k.
𝑸𝟏.𝑸𝟐
𝒓𝟐
 
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 𝑘 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑎 (8,99𝑥109 𝑁.
𝑚2
𝐶2 ); 
 𝑄1𝑒 𝑄2 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎𝑠; 
 𝑟2 = 𝑑𝑖𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑎𝑠 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠 (𝑒𝑚 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑛𝑜 𝑆𝐼). 
 
2.7 Campo elétrico 
 
É uma região de influência de carga Q onde qualquer carga de prova q, nela colocada, estará 
sob a ação de uma força de origem elétrica. 
 
Vetor campo elétrico: 
 Características: intensidade, direção e sentido 
E = F/q 
𝐸 = 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 (𝑁/𝐶); 
 𝐹 = 𝑓𝑜𝑟ç𝑎 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎; 
 𝑞 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎. 
 
Campo elétrico de uma carga puntiforme: 
 Características: intensidade, direção e sentido. 
 
F = k.
𝐐
𝒓𝟐
 
𝐸 = 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 (𝑁/𝐶); 
 𝑘 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑎; 
 𝑄 = 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎; 
 𝑟2 = 𝑑𝑖𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒 𝑜 𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜. 
 
2.8 Listas de força 
 
É uma linha imaginária para visualizar o campo elétrico. 
 
Carga puntiforme: É o campo elétrico que diminui à medida que se afasta da carga criadora 
do campo. 
 
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Figura 3: Exemplo carga puntiforme. [5] 
 
Duas cargas puntiformes e iguais: É o campo semelhante dos campos criados por cada carga 
individualmente. 
 
 
Figura 4: Exemplo cargas puntiformes e iguais. [6] 
 
 Campo elétrico uniforme: O vetor do seu campo elétrico é constante em todos os pontos do 
campo, isto é, tem sempre a mesma intensidade, a mesma direção e o mesmo sentido. 
 
 
Figura 5: Campo elétrico uniforme. [7] 
3. Descrição da Atividade 
3.1 Procedimento 01: Eletroscópio 
 
Inicialmente para execução deste primeiro procedimento foi necessária a utilização dos 
seguintes materiais: pêndulo feito com papel alumínio (eletroscópio) e uma caneta (comum) 
eletrizada por atrito. 
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 Após obter o eletroscópio, foi posicionado em uma posição em que todos pudéssemos analisar 
de forma clara e objetiva o que poderia acontecer. Em seguida uma caneta qualquer foi deslocada na 
frente deste objeto, para observação da situação. Ao fim deste experimento, eletrizou-se a caneta por 
atrito, realizando movimentos uniformes em um único sentido, e novamente colocada na frente do 
pêndulo, para verificar as possíveis mudanças. 
 
3.2 Procedimento 02: Processos de Eletrização 
 Neste segundo experimento, com a finalidade de observar a ação daeletrização em corpos 
diferentes, foram empregados os seguintes materiais: água da torneira, caneta de plástico, fragmentos 
de papel, canudos e papel toalha. Logo em seguida os materiais foram separados para suas aplicações 
individuais. 
 Alguns fragmentos de papel foram colocados dentro de uma tampa qualquer, para que os 
mesmos pudessem permanecer ali. Sem atritar a caneta, fora colocada sobre os fragmentos. Em 
seguida, através de movimentos uniformes em um único sentido sobre a caneta, com auxílio do papel 
toalha, eletrizou-se o objeto em questão, para novamente posiciona-lo em cima dos pedaços de papel. 
Além de atritar através do papel toalha, selecionou-se outra caneta para atritar, através do cabelo seco 
de um dos nossos colegas. 
 Após terminar esta etapa do procedimento, no fundo da sala, encontrou-se uma pia e uma 
torneira, pois necessitava-se da utilização de água para esta experiência. Primeiramente deixado 
escorrer um filete bem fino de água, e uma caneta foi aproximada, sem que estivesse eletrizada. Logo 
em seguida o mesmo foi feito, porém com a caneta já eletrizada. 
 Ainda no estudo da eletrização, com alguns canudos, em mãos, deslocou-se sobre uma parede 
qualquer. Em seguida selecionado um canudo e esfregado repetidas vezes em num único sentido no 
papel toalha, para não deformar o canudo, mantendo um bom contato entre os corpos. E novamente 
colocado sobre uma parede. Todas as etapas desta experimentação foram observadas e anotadas. 
 
3.3 Procedimento 03: Distribuição das cargas elétricas nos corpos. 
 A partir deste terceiro procedimento, os ensaios foram executados com o auxílio do professor. 
Ainda na observação sobre a ação da eletrização em corpos diferentes, foram empregados os seguintes 
materiais: Gerador de Van Graaf, tiras de papel alumínio e fita adesiva. 
 Na bancada em que o gerador se encontrava, as tiras de papel alumínio foram cortadas, e uma 
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das pontas destas listras foram fixadas na superfície externa da esfera. Em seguida, o gerador 
eletrostático foi ligado e regulado pelo professor, para obter uma velocidade média de rotação do 
motor. Para o encerramento do experimento, foi aproximado uma lâmpada fluorescente em direção a 
esfera, e seu comportamento pode ser observado. 
 
3.4 - Procedimento 04: Poder das pontas. 
 Já neste quarto processo de experimentação, ainda utilizando o gerador de Van de Graaf, foi 
adicionado um torniquete eletrostático na parte superior da esfera. Após essa união, o equipamento 
foi ligado novamente e forças foram aplicadas no sentido contrário em que este girava, para verificar 
o que ocorreria. 
 
3.5 - Procedimento 05: Linhas de força em campo elétrico. 
 Para visualizar o comportamento em torno das sementes, entendendo na prática o que é um 
campo elétrico, foram utilizados os seguintes materiais: vidraria para laboratório, eletrodos, óleo 
mineral, fixadores de eletrodos, dois cabos de ligação e semente de grama. 
 Com o gerador ainda ligado, foi substituído o torniquete eletrostático pelos eletrodos, com a 
finalidade de direcionar a corrente que estava no conjunto para um ponto específico. No cubo de vidro 
foi adicionado uma camada de óleo mineral o suficiente para cobrir o eletrodo, em seguida quando 
ligado o gerador eletrostático pode ser observado o que ocorria com o conjunto. 
 Após feito o experimento foi adicionado no centro da vidraçaria um pedaço de tubo para 
verificação de possíveis mudanças que deveriam ou não ocorrer em torno das sementes de grama 
dispostas na parte central do conjunto. 
 
4. Análise dos Resultados 
4.1 Procedimento 01: Eletroscópio 
 Na execução do primeiro procedimento, ao aproximar a caneta, fora possível constatar que a 
esfera não estava inicialmente eletrizada, porém no instante em que houve eletrização na caneta, 
através do atrito com o papel, notou-se que a esfera de isopor imediatamente movimentou-se em 
direção à caneta, e por alguns segundos, conforme mudávamos a posição da caneta, a bolinha no 
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pêndulo acompanhava e logo soltava. 
 Quando a caneta foi eletrizada criou uma forte atração entre os corpos, devido a polarização. 
Ao deixar a caneta encostar na esfera, os dois ficam grudados até que as cargas de ambas se 
estabilizem novamente e se desgrudem. É possível destacar que no instante em que ocorre o atrito da 
caneta com o papel toalha os dois corpos ficam carregados com cargas iguais, porém de sinais 
contrários. 
4.2 Procedimento 02: Processos de Eletrização 
 Realizando este segundo ensaio foi possível verificar a influência gerada na caneta pelo atrito. 
Inicialmente com a aproximação da caneta, sem atritar, nas tiras de papel, nada aconteceu, ambos 
permaneceram em seus estados originais. 
 Ao eletrizar a caneta pelo atrito, seja pelos cabelos ou através do papel toalha, e aproximá-la 
aos pedaços de papel, notou-se que os papéis são atraídos pela caneta grudando, até que se soltem 
devido a estabilização das cargas. Essa atração se dá pelo fato do papel estar neutro, já que as cargas 
negativas do papel se aproximam da caneta e as cargas positivas se afastam, fenômeno conhecido 
como polarização. 
 No teste posterior, eletrizou-se novamente a caneta e rapidamente aproximada de um filete 
bem fino de água. Vale ressaltar que nesta etapa do processo um cuidado deve ser tomado para que o 
resultado seja dentro do esperada, pois existe uma certa dificuldade em reproduzir um filete bem fino 
e harmonizar o conjunto (caneta mais filete de água). Verificou-se a formação de um arco na 
aproximação da caneta devido a polarização, onde a caneta eletrizada atrai os polos da molécula da 
água, em função do filete estar neutro (fig 9). Os fragmentos de papel e o filete de água poderiam ter 
sido repelidos pela junção da caneta caso houvesse eletrização entre ambos. 
 Já na última etapa deste procedimento utilizou-se um canudo eletrizado positivamente. 
Inicialmente quando colocado em contato com a parede o mesmo caiu, pois estava neutro e não 
possuía carga elétrica. Após atritar um papel no canudo, repetidas vezes e no mesmo sentido, 
carregando-o positivamente, foi novamente submetido a um contato com a parede. Dessa vez o 
canudo foi imediatamente atraído pela parede, devido a estes dois motivos: o primeiro e mais 
relevante para o experimento é o fato de o canudo estar eletricamente carregado e o segundo motivo 
é o fato do canudo ser consideravelmente leve, ou seja, tem mais facilidade de ser atraído. Neste 
experimento, não foram obtidas as cargas da parede, mas pode se observar que a mesma estava 
eletrizada com carga contrária do canudo, pois os dois se atraíram. Por ter uma maior área, a parede 
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concentra mais cargas elétricas. 
 
Figura 9: Filete de Água 
 
4.3 Procedimento 03: Distribuição das cargas elétricas nos corpos 
 Nesta terceira etapa do experimento foi utilizado o gerador de Van de Graaff para geração de 
campo elétrico. Esse gerador funciona através da movimentação de uma correia que é eletrizada por 
atrito na parte inferior do aparelho. Através do processo de eletrização as cargas elétricas são 
transferidas para a superfície interna do metal, sendo então distribuídas para toda a superfície da 
esfera metálica, ficando carregada de cargas elétricas. Aproximando o corpo da esfera neutra, se ele 
estiver eletrizado, ocorrerá o fenômeno da indução eletrostática na esfera, e ela será atraída para o 
corpo em teste. 
 
Figura 6: Gerador de Graaf. [8] 
 Para visualizar de forma prática se de fato existia uma quantidade significativa de energia, 
aproximado um dedo, leves descargas elétricas ocorreram em razão da diferença de potencial (ddp) 
existente.As cargas desenvolvidas na correia durante o contato destas com as polias, aderem a ela e 
são por elas transportadas, elas vão se acumulando na esfera até que a rigidez dielétrica do ar, ponto 
em que o material deixa de ser isolante, seja atingida. 
 Na observação em relação ao comportamento das tiras de alumínio, todas elas foram sendo 
repelidas enquanto a máquina estava ligada, pois possuem cargas elétricas positivas, gerando um 
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campo elétrico com direção vertical, para as pontas, com carga neutra no seu interior. Este aspecto 
pode ser comparado com a Gaiola de Faraday, onde as cargas elétricas estão concentradas na 
superfície e seu interior não possui carga elétrica. No gerador, um motor com velocidade controlada 
faz uma borracha atritar com um metal, proporcionando uma carga positiva no entorno da esfera do 
gerador, conforme o "princípio da conservação da carga elétrica". 
 No encerramento ao aproximar uma lâmpada fluorescente em direção a esfera, a lâmpada 
deveria ter acendido, porém apenas foi possível visualizar que existia uma diferença de potencial 
entre as duas extremidades da lâmpada. Notou-se esse leve ascendimento da lâmpada, pois mesmo 
gerando uma alta tensão, sua corrente é extremamente baixa para ascendê-la completamente. 
 
4.4 - Procedimento 04: Poder das pontas 
 Neste procedimento, ao ligar o equipamento o torniquete assumiu o movimento no sentido 
anti-horário. Nas proximidades das pontas eletrizadas do torniquete, o ar se ionizou e os íons que 
possuem carga de mesmo sinal que as pontas foram repelidos por elas. Os íons positivos e as 
moléculas de ar neutras que se deslocam, ao se chocarem com as pontas, exercem forças sobre área. 
 Mesmo quando aplicado uma força, forçando a girar para o outro sentido, o mesmo foi 
reduzindo a velocidade gradativamente até parar e começar a girar novamente para o sentido inicial. 
Indicando com isso que possui uma carga positiva. 
 
4.5 - Procedimento 05: Linhas de força em campo elétrico. 
 Para a realização desse experimento, foi utilizada uma vidraria para laboratório que dentro da 
mesma foi adicionado uma camada de óleo mineral o suficiente para cobrir o eletrodo, em seguida 
quando ligado o gerador eletrostático em uma velocidade média de rotação que gerou uma corrente e 
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fez com que as sementes ficassem todas alinhadas conforme figura 7. 
 
Figura 7: Linhas de força por sementes. 
 Após feito o experimento foi adicionado no centro da vidraçaria um pedaço de tubo que 
ocasionou uma blindagem nas sementes do cetro da vidraçaria criando um campo elétrico somente 
na parte externa do tubo. 
5. Conclusão 
 Nos procedimentos um e dois obtêm apenas uma finalidade: evidenciar que através do atrito 
em um corpo condutor, incialmente neutro, é possível eletriza-lo. Ao aproximar este corpo, agora 
eletrizado, de outro, poderá gerar repulsão ou atração, sabendo que é necessária que a somatória de 
suas cargas não seja nula. 
 A partir do terceiro experimento foi constatado que apesar de uma quantidade significativa de 
energia, a corrente gerada é extremamente baixa, gerando apenas uma descarga elétrica superficial, 
sem causar nenhum maleficio. O teste com a lâmpada destaca essa porção pequena de corrente sendo 
gerada, inibindo assim ascendê-la completamente. 
 Vale ressaltar que quando existe uma forte atração, que por sua vez, força um corpo a se 
movimentar, por mais que apliquemos uma força em sentido contrário a este, num determinado 
instante, o objeto voltará a girar no sentido em que se encontrava inicialmente, devido à força sobre 
a área que o choque entre os íons positivos e as moléculas de ar neutras, com as pontas, provoca. 
 Toda vez que for possível detectar um campo elétrico através da interação com alguma carga 
de prova, como aconteceu no último experimento, alguma mudança no conjunto ocorrerá, caso não 
ocorra em alguma parte, o campo é inexistente naquele espaço. 
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 Assim, durante a realização dos experimentos foi possível visualizar, através de materiais 
práticos, a formação de campos elétricos e à atração de materiais com características distintas. Apesar 
da umidade significativa no ar, pode-se concluir que os experimentos atingiram o objetivo proposto 
para o aprendizado. 
6. Referências Bibliográficas 
1. RESNICK, Robert; HALLIDAY, David; KENNETH, Krane; Física 3. 5ª Edição, Editora LTC, 
Rio de Janeiro, 2017. 
2. BONJORNO, Regina Azenha; BONJORNO, José Roberto; BONJORNO, Valter; RAMOS, 
Clinton Marcico; Física Completa. 2ª Edição, Editora FTD S.A, São Paulo, 2001. 
3. http://uab.ifsul.edu.br/tsiad/conteudo/modulo1/fis/fis_ua/at3/02.html Acesso em 08/04/2018. 
4. http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/um-dia-eletrizante.htm Acesso em 08/04/2018. 
5.http://educacao.globo.com/fisica/assunto/eletromagnetismo/forca-eletrica-e-campo-eletrico.html 
Acesso em 08/04/2018. 
6.http://www.acmespecialista.xpg.com.br/Estudo%20da%20Eletricidade_Cap_III.htm Acesso em 
08/04/2018. 
7. http://fisicaidesa3.blogspot.com.br/2013/03/aula-3-campo-eletrico.html Acesso em 08/04/2018. 
8. https://pt.wikipedia.org/wiki/Gerador_de_Van_de_Graaffhtml Acesso em 11/04/2018.