Baixe FEX3 eletrização e outras Notas de estudo em PDF para Física, somente na Docsity! UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS-CCT LICENCIATURA EM FÍSICA Acadêmicos: David C. W. Marcôndes e Fernanda J. Dellajustina Disciplina: Física experimental 3 – FEX3001 TURMA: F Prof.: Abel C. Recco Data: 24/08/2012 EXPERIÊNCIA 1 CARGA ELÉTRICA Interação elétrica Rotineiramente, quando por exemplo atritamos um pente sobre o cabelo, quando o aproximamos de um pedaço de papel percebemos que este é atraído pelo pente. Percebemos então que o pente adquiriu uma propriedade nova que nós chamamos de eletricidade. Diferente da gravitação, na qual as interações são apenas atrativas, as interações elétricas podem ser tanto de atração como de repulsão. Suponha que colocamos um bastão de vidro eletrizado próximo a uma pequena bola de cortiça pendurada por um fio. Vemos que o bastão atrai a bola. Se repetirmos o experimento com um bastão de âmbar eletrizado percebemos o mesmo efeito de atração na bola. Contudo se ambos os bastões atraírem a bola simultaneamente, em vez de uma atração maior, observamos uma força de atração menor ou mesmo nenhuma força de atração na bola (Fig. 1). Página 1 de 8 Figura 1: Experimentos com bastões eletrizados de âmbar e de vidro. Esta experiência simples mostra que apesar de ambos os bastões, de vidro e de âmbar, eletrizados, atraírem a bola de cortiça, eles o fazem por processos físicos opostos. Quando ambos os bastões estão presentes, eles tem efeitos opostos, produzindo um efeito resultante pequeno ou mesmo nulo. Por esta razão concluímos que existem dois tipos de estados eletrizados: um como o do vidro e outro como o do âmbar. Podemos chamar o primeiro de positivo e o segundo de negativo. As formas com que se eletriza um objeto, é chamada de processos de eletrização dos quais são os seguintes: 1. Eletrização por atrito: como o próprio nome diz, atritando-se, ou melhor, colocando-se dois corpos constituídos de substâncias diferentes e inicialmente neutros em contato muito próximo, um deles cede elétrons, enquanto o outro recebe. Ao final, os dois corpos estarão eletrizados e com cargas elétricas opostas. 2. Eletrização por contato: dizemos que a eletrização por contato é um processo no qual um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo neutro. De preferência, devem ser usados dois corpos condutores de eletricidade. 3. Eletrização por indução: dizemos que a indução eletrostática é o fenômeno de separação das cargas elétricas de sinais contrários em um mesmo corpo. Portanto, esse tipo de eletrização pode ocorrer apenas pela aproximação entre um corpo eletrizado e um corpo neutro, sem que entre eles aconteça qualquer tipo de contato. Descrição dos dados: Procedimento 2.1.1 A barra de propileno estava seca e sem nenhuma oleosidade aparente. Atritamos com o papel toalha recobrindo a barra, e atritando fortemente ambas com as pontas dos dedos. Atritamos até ao ponto de sentirmos um leve aquecimento da barra, neste ponto interrompemos a fricção. A lâmpada de néon foi manuseada com o contato de nossa mão diretamente sobre um dos polos. O outro polo fora encostado sobre a superfície da barra recém atritada. A princípio nada foi observado, porém, quando atritamos a barra de modo mais intenso e empregando um pouco mais de velocidade nos movimentos de fricção, observou-se que a lâmpada acendeu por um período curto de tempo, emitindo uma cor lilas. Invertemos a polaridade da lampada e o mesmo efeito foi observado, sem nenhum alteração. Trocamos a barra de polipropileno por um barra de acrílico, e neste caso Página 2 de 8 elétrons, e consequentemente deixando-os com carga elétrica (positiva ou negativa). A carga dos corpos eletrizados desse modo possuem carga de sinais opostos. Deste modo, quando atritamos a barra de polipropileno com o papel, estamos perturbando o equilíbrio elétrico na superfície do material, durante o contato parte dos elétrons ficam presos no outro material devido as diferenças dos mesmos. Com efeito as cargas se desequilibram, gerando uma aumento ou diminuição da carga negativa. Atritando a barra de propileno sobre o papel toalha geramos um desequilíbrio de cargas tal que a mesma carga é encontrada nos dois materiais, porém ambas tem sinal oposto. Podemos averiguar isto observando a experiencia com a placa + filme, onde o filme induz cargas opostas na placa, por isso observamos que ambos atraem papel ou ficam eletrizados. Podemos inferir que as cargas são opostas pelo fato de que a polaridade das cargas esta relacionada intrinsecamente ao número de elétrons e prótons no material, os últimos não se movem nas condições que estávamos a trabalhar, já o transporte dos primeiros é a causa da carga elétrica. Como a carga elétrica é uma propriedade destas partículas, e estas partículas são conservadas, logo o aumento ou diminuição relativo de elétrons e prótons gera cargas com sinais opostos. As cargas produzem efeitos diversos em diferentes materiais, e isso depende da sua resistência as cargas. Quando a resistência se torna extremamente alta dizemos que o material é isolante, quando baixa, condutor. No caso do eletroscópio de alumínio observamos que as cargas em contato com o mesmo tendem a superfície do metal. Com efeito a repulsão devida ao acumulo de cargas na superfície com o mesmo sinal deflete o ponteiro do eletroscópio em resposta ao seu formato propício para tal. No caso do eletroscópio de torção, observamos que o material isolante (barra), reage de modo diferente: conforme atritamos uma de suas extremidades fixamos cargas com sinal especifico, e com isso conseguimos um comportamento ou de repulsão ou de atração neste caso. Diferente no caso do eletroscópio condutor onde só temos repulsão, indiferentemente da carga induzida nele. No experimento de atração dos pedaços de papel sobre a barra eletrizada observamos como a força elétrica é superior a força gravitacional. Embora a curta distância a força gravitacional seja maior, a força elétrica a pequenas distâncias supera a força gravitacional em várias ordens de grandeza. No experimento, observamos que alguns pedaços eram acelerados bruscamente para cima, tal aceleração é evidencia uma força elétrica. Observamos que a quantidade de carga na superfície do filme carregado é maior que na barra carregada, com efeito a atração observada pelo filme foi maior que a Página 5 de 8 produzida pela barra, indicando deste modo que a força elétrica é diretamente proporcional a quantidade de carga. No experimento realizado com os pêndulos observamos o efeito "contrário" da gravidade promovido pela força elétrica: quando aproximamos a barra carregada sobre a base do pêndulo estamos induzindo cargas sobre o condutor das bases, e com isto geramos uma repulsão dos mesmos. Como os pêndulos possuem massa, a gravidade impõe um limite de deflexão, porém é muito difícil atingir este limite experimentalmente pois qualquer vibração perturba o pêndulo e o faz vibrar de modo turbulento chocando os dois pesos de metal, descarregando-os um em relação ao outro. Conclusões Através deste experimento conseguimos perceber e comprovar os processos de eletrização dos objetos, bem como o efeito causado em cada um devido ao tipo de material de que eles são feitos. A tabela da série triboelétrica em anexo, usada no exercício 1, mostra a tendência de alguns materiais em doar ou reter elétrons de forma que algum tendem a ficar eletrizados positivamente e outros negativamente. Na primeira parte do experimento na qual vimos a lâmpada de néon acender fracamente quando posta em contato com o bastão de polipropileno, podemos perceber uma descarga elétrica da barra para a lâmpada, que gerou uma corrente. Como a barra de polipropileno fica eletrizada negativamente, veja a tabela I, os elétrons em excesso geraram uma pequena corrente que possibilitou que a lâmpada acendesse. E da mesma forma para a placa de policarbonato. Quando eletrizamos o eletroscópio, percebemos uma eletrização por contato, com a barra foi mais fácil fazer o experimento, pois ela é maior e a área de contato também facilitando assim a eletrização. Anexos Roupas tendem a se aglutinar depois que passam por uma secadora de roupas. Explique por que isto acontece. Discuta em qual situação você espera que a aglutinação após a secagem seja maior: roupas feitas com o mesmo material (por exemplo, o algodão) ou roupas feitas com materiais diferentes (por exemplo, uma mistura de algodão com poliéster). Justifique a sua resposta. Página 6 de 8 Resposta: Sim, porque as roupas se eletrizam quando o ar quente passa por elas, pois o ar atrita a roupa, de forma que o processo de eletrização é por atrito do ar com a roupa. Através da série triboelétrica que é uma lista de materiais, que mostra quais são aqueles que têm uma maior tendência de se tornarem positivamente eletrizados (+) e quais os que apresentam maior tendência de se tornarem negativamente eletrizados (-), veja a tabela: Positivos Negativo Pele humana seca Madeira Couro Âmbar Pele de coelho Borracha dura Vidro Níquel, Cobre Cabelo humano Latão, Prata Fibra sintética(náilon) Ouro, Platina Lã Poliéster Chumbo Isopor Pele de gato Polipropileno Seda Vinil Alumínio Silicone Papel Teflon Tabela 1: Série triboelétrica de alguns materiais. Normalmente a Série Triboelétrica é apresentada como uma única lista que goza das seguintes propriedades: • Qualquer material atritado com qualquer outro que o precede, fica eletrizado negativamente e, quando atritado com qualquer outro que o segue, fica eletrizado positivamente. • Quanto mais afastados estiverem na lista, maior será a eficiência na eletrização. De acordo com as propriedades da tabela da série triboelétrica se for colocado na secadora uma roupa de poliéster com uma roupa de náilon, seda ou lã as roupas iram se aglutinar. As melhores combinações de materiais para criar eletricidade estática são aquelas das quais participam materiais tirados do alto da lista dos “positivos” e aqueles tirados do fim da lista dos “negativos”, veja propriedade 2. 1. Quando uma pessoa caminha sobre um tapete de náilon e a seguir toca em um Página 7 de 8