Física 2 - Relatório 1 - Processos de Eletrização

UNIVERSIDADE DE UBERABA KELI CRISTINA CRISTIN A PIRES DA SILVA SILVA 5032270 50322 70

FENÔMENOS FÍSICOS E QUIMICOS E SUAS APLICAÇÕES APLICAÇÕES II RELATÓRIO RELATÓRIO I - PROCESSOS DE ELETRIAÇ!O

UBERABA-MG 2017.1

KELI CRISTINA PIRES DA SILVA 5032270

FENÔMENOS FÍSICOS E QUIMICOS E SUAS APLICAÇÕES II RELATÓRIO I - PROCESSOS DE ELETRIAÇ!O

Trabalho apresentado à disciplina de Fen!enos F"sicos E #$"!icos E %$as Aplica&'es (( co!o re)$isito parcial de a*alia&+o dos c$rsos de En,enharia da Uni*ersidade de Uberaba. roessor/ $ciano enri)$e ias de Matos.

UBERABA-MG 2017.1

SUM"RIO

1. INTRODUÇÃO................................................................................................... 4 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA............................................................................. 4 2.1. O ÁTOMO....................................................................................................... 4 2.2. CARGA ELÉTRICA.......................................................................................... 6 2.3. PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS E LEI DE COULOMB...........................................6 2.4. ELETRIZAÇÃO POR CONTATO........................................................................  2.!. ELETRIZAÇÃO POR ATRITO............................................................................  2.6. ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO........................................................................ " 2.. CAMPO ELÉTRICO..........................................................................................# 2.". LIN$AS DE FORÇA.......................................................................................1% 2.#. POTENCIAL ELÉTRICO.................................................................................1% 2.1%. PODER DAS PONTAS................................................................................ 11 3. OB&ETI'OS...................................................................................................... 11 4. MATERIAL UTILIZADO(.................................................................................... 11 4.1. MATERIAIS COMPLEMENTARES....................................................................11 !. RESULTADOS E ANÁLISES...............................................................................12 6. CONCLUSÃO................................................................................................... 13 . REFER)NCIAS................................................................................................. 14

#$ INTRODUÇ!O A eletrost3tica 4 o ra!o da "sica respons3*el por eet$ar o est$do5 descri&+o e an3lise dos el4trons5 pr6tons e n$trons e! se$ estado de repo$so5 dando especial nase aos el4trons e s$a car,a el4trica. Est$dando desde as car,as el4tricas5 at4 os en!enos eletrost3ticos5 co!o5 por e8e!plo5 os ca!pos eletrost3ticos. 9 e8peri!ento direciono$-se à an3lise e obser*a&+o de tais en!enos5 especiica!ente para a distrib$i&+o de car,as el4tricas nos corpos5 o princ"pio de $nciona!ento do eletrosc6pio5 assi! co!o do torni)$ete el4trico5 e os !odos pelos )$ais ocorre! as descar,as el4tricas na at!osera. 9 presente relat6rio te! co!o principal ob:eti*o eet$ar $!a an3lise descriti*a  baseada na pr3tica sobre os princ"pios $nda!entais da eletrost3tica5 a )$al *e! sendo abordada e! sala por !eio das a$las !inistradas. %endo assi!5 este relat6rio baseia-se na pr3tica de laborat6rio reali;ada e! ,r$po5 no dia 1< de !ar&o de 20175 sob a s$per*is+o e orienta&+o do proessor $ciano enri)$e ias de Matos. E te! co!o principal !etodolo,ia a re*is+o biblio,r3ica5 a )$al oi respons3*el  por $nda!entar toda a teoria necess3ria para co!preender e analisar tais en!enos "sicos5 tendo sido reali;ada $tili;ando li*ros5 arti,os cient"icos5 =ebsites e base de dados *irt$ais. 2.

3$ FUNDAMENTAÇ!O TEÓRICA 3$#$ O "TOMO Toda !at4ria 4 or!ada por part"c$las !$it"ssi!o pe)$enas5 deno!inadas 3to!os. >a anti,$idade5 acredita*a-se )$e o 3to!o era indi*is"*el e !aci&o5 !as no co!e&o deste s4c$lo ico$ pro*ado )$e ele 4 descont"n$o5 sendo or!ado por part"c$las !enores e estas5 ainda5 por  s$bpart"c$las. U! 3to!o 4 constit$"do de trs part"c$las tidas co!o ?ele!entares@5 tal conceito at$al!ente n+o 4 !ais *3lido5 *isto )$e oi constatado por !eio do Grande olisor de 3drons5 )$e e8iste! part"c$las !enores )$e os pr6tons. Entretanto5 ainda assi!5 por  )$est'es did3ticas $! 3to!o !ant4!-se co!o sendo co!posto por trs part"c$las ele!entares5 caracteri;adas pelas s$as car,as el4tricas e !assas5 s+o elas/

P%&'()   part"c$la de car,a el4trica positi*a CD sit$ada no ncleo do 3to!o5 :$nto aos n$trons. Te! !assa con*encionada e! 15 sendo s$a car,a real 1,673·10−27  ,. H constit$"do de dois )$arIs up e $! )$arI down. oss$i car,a de 1,6·10-19 o$lo!bs C5 assi! co!o os el4trons5 por4! estes poss$e! car,a contr3ria aos pr6tons. 3,ina < de 1<

N*+'%()    part"c$la de car,a el4trica ne$tra5 encontra-se no ncleo :$nto co! os  pr6tons. Te! !assa con*encionada e! 15 sendo s$a !assa real 15J7KL10 −27  ,. H constit$"do  por dois )$arIs down e $! )$arI up. oss$i car,a de C-05a eletrosera os el4trons distrib$e!-se e! 7 ca!adas Cdeno!ina- das 5 5 M5 >5 95 5 #5 )$e s+o an3lo,as as cascas de $!a cebola. ada ca!ada pode conter $! li!ite !38i!o de el4trons5 conor!e se$ ta!anho C  S 25  S Q5 M S 1Q5 > S P25 9 S P25  S 1Q5 # S 2. As ca!adas s+o preenchidas a partir do ncleo e a lti!a n+o te! !ais )$e Q el4trons. 9 diN!etro do 3to!o che,a a ser at4 100.000 *e;es !aior )$e o diN!etro do ncleo. 4. !. 6.

.$#$ CAR/A ELTRICA 3,ina K de 1<

A car,a el4trica de $! corpo pode ser descrita co!o sendo o dese)$il"brio entre a )$antidade de pr6tons e el4trons deste5 ainal )$ando estes est+o e! e)$il"brio a car,a el4trica ser3 n$la. E e! caso contr3rio5 )$ando h3 dese)$il"brio5 estes pode! ter car,a positi*a5 )$ando ho$*er $! n!ero !enor de el4trons5 o$ ne,ati*a5 )$ando o n!ero de el4trons or  !aior )$e o n!ero de pr6tons. A alta eo$ o e8cesso de el4trons e! $! corpo 4 conse)$ncia do ato dos el4trons5 )$e dierente dos pr6tons5 s+o dinN!icos5 poss$indo capacidade de transerir-se de $! corpo a o$tro5 assi! co!o loco!o*er-se na eletrosera do pr6prio 3to!o. Ent+o5 )$ando $! corpo )$e esta*a ori,inal!ente ne$tro passa a ter car,a ne,ati*a o$ positi*a5 si,niica )$e ele ,anho$ o$ perde$ el4trons5 respecti*a!ente. #$ando isto corre este passar3 a poss$ir $!a car,a #5 a )$al pode ser calc$lada por !eio da e)$a&+o 1. Q

=

±n∙e

C1

9nde n5 4 o n!ero de el4trons e5 4 a car,a ele!entar de *alor VeV S 15JL10 -1O . %endo # representado pela $nidade de !edida o$lo!b C. .

7$#$ PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS E LEI DE COULOMB L1 1 D+ F4 (+ L1 4 A'%46( 1 R18+,9(:  ar,as el4tricas de !es!o sinal se repele! e de sinais opostos se atrae!.

C()91%;46( 1 $! siste!a eletrica!ente isolado a so!a al,4brica das car,as positi*as e ne,ati*as per!anece se!pre constante.

L1 1 C(+,(?@:  onsidere d$as car,as Q1 e Q2 separadas por $!a distNncia d  e i!ersas no *3c$o. Tais car,as pode! sorer atra&+o o$ rep$ls+o5 sendo )$e car,as i,$ais se repele! e opostas se atrae!. #$al a or&a el4trica )$e estas car,as e8erce! $!a na o$traW ara deter!inar isto $tili;a-se a se,$inte e)$a&+o 2. ¿ Q 1 ∨ ∙∨ Q 2 ∨

 F = K ∙ ¿

¿

d

2

C2

%endo  F  a or&a el4trica entre as car,as  K 5 a constante eletrost3tica no *3c$o CIo S O L 10O >L!22 Q5 a car,a el4trica e d 5 a distNncia. A $nidade de !edida da or&a el4trica  F  4  >e=ton C>.

7$2$ ELETRIAÇ!O POR CONTATO Eletri;ar $! corpo si,niica transerir o$ retirar el4trons deste5 de !odo )$e se:a  poss"*el ,erar $!a altera&+o e! s$as car,as el4tricas ori,inais5 $! e8e!plo disto5 4 a;er  3,ina J de 1<

co! )$e $! corpo ne$tro se torne eletrica!ente ne,ati*o. E8iste! trs !odos principais de eletri;a&+o/ por contato5 por atrito e por ind$&+o. ". CONTATO

A eletri;a&+o por contato consiste e! $!a eletri;a&+o e! )$e $! corpo A carre,ado eletrica!ente ir3 entrar e! contato co! $! corpo B5 o )$al pode o$ n+o estar carre,ado eletrica!ente5 e atra*4s do contato ha*er3 troca eletrnica5 e conse)$ente!ente de car,as el4tricas5 *isando alcan&ar $! e)$il"brio e! )$e os dois corpos5 A e B5 est+o eletrica!ente co! $!a !es!a car,a e sinal. 9 c3lc$lo da eletri;a&+o por contato consiste e! $!a !4dia arit!4tica5 e)$a&+o P. ' 

Q=

Q 1+ Q 2 + [ … ] + Q n n

CP

$#$ ELETRIAÇ!O POR ATRITO ierente da eletri;a&+o por contato5 neste tipo de eletri;a&+o n+o h3 necessidade de $! dos corpos estar eletri;ado. Ao atritar dois corpos co! co!posi&'es distintas5 ha*er3 troca eletrnica5 de !odo )$e os corpos ter+o car,as opostas. A e)$a&+o P il$stra este c3lc$lo.

O.

Fonte/ Adapta&'es de ERE(RA5

201P.

3 $!a tabela )$e te! a $n&+o de indicar )$al !aterial ica ?positi*o@ e )$al ica ?ne,ati*o@ ap6s o atrito. A cha!ada %4rie Triboel4trica 4 a tabela )$e indica a tendncia de di*ersos !ateriais de doar o$ receber el4trons. 9bser*e a se,$ir a S%1

T%@(1,'%=4 /

Fonte: http://alunosonline.uol.com.br/quimica/seri e-triboeletrica.html

3,ina 7 de 1<

$#$ ELETRIAÇ!O POR INDUÇ!O A (nd$&+o consiste e! $! tipo de eletri;a&+o5 na )$al n+o h3 contato entre os corpos. o!o il$stra a i,$ra 01 Ca e Cb5 ao apro8i!ar5 por e8e!plo5 $! ind$tor A co! car,as el4tricas ne,ati*as a $! cond$tor B ne$tro5 este ter3 car,as positi*as e ne,ati*as sit$adas na s$a s$per"cie. %e o cond$tor B or li,ado à terra5 as car,as de !es!o sinal de A5 )$e no caso s+o ne,ati*as5 s+o descarre,adas à terra5 a;endo assi! co! )$e o cond$tor )$e antes era ne$tro5 se torne eletri;ado co! car,as positi*as5 procedi!ento il$strado nas i,$ras 02 Ca e Cb. 9 !es!o ocorre )$ando se te! $! ind$tor A co! car,as positi*as5 o cond$tor ne$tro o$ ind$;ido poss$ir3 car,as positi*as e ne,ati*as na s$a s$per"cie5 caso ele se:a li,ado a terra as car,as positi*as ser+o an$ladas pelas car,as ne,ati*as da terra e assi! o corpo ind$tor se torna eletri;ado co! car,as ne,ati*as. e or!a res$!ida5 o cond$tor o$ corpo ind$;ido se eletri;ar3 se!pre co! car,as opostas ao ind$tor. Fi,$ra 1/ Ca (nd$tor e ond$tor >e$tro Cb Apro8i!a&+o do ind$tor ao cond$tor5 este5 a,ora5 se torna ind$;ido. 1%.

11.

12.

*+,

13.

Fonte/ Adapta&'es de ERE(RA5 201P.

*-,

3,ina Q de 1<

Fi,$ra 2/ Ca Aterra!ento do ind$;ido5 as car,as ne,ati*as s+o descarre,adas a terra Cb. Ap6s a descar,a dos el4trons5 o corpo ind$;ido ica eletri;ado co! as car,as positi*as5 opostas ao ind$tor.

14. 1!.

*+,

1J.

Fonte/ Adapta&'es de ERE(RA5 201P.

#.$#$

*-,

CAMPO ELTRICO

1.

9 ca!po el4trico pode ser deinido co!o sendo $! ca!po de or&a criado a partir da a&+o das car,as el4tricas )$e orbita! ao redor do ncleo at!ico or!ando $! ca!po el4trico. 9 Xetor ca!po el4trico pode ser e8presso pela e)$a&+o/  E=

 F el

CL! 22 #5 a car,a el4trica e d5 a distNncia. 1".

#$#$

LINAS DE FORÇA

1#.

%+o linhas i!a,in3rias )$e d+o a dire&+o e o sentido do *etor ca!po el4trico5 o )$al 4 tan,ente as inhas de For&a. %endo )$e as inhas de For&a indica! a dire&+o5 en)$anto o sinal da car,a indica o sentido. Fi,$ra 01  inhas de For&a do a!po eletrost3tico 3,ina O de 1<

2%. 21.

F/0( R)GO 2%13.

22. 23. 24.

2$#$

POTENCIAL ELTRICO

2!.

A ener,ia potencial  Ep pode ser e8pressa pela e)$a&+o/  E p= K ∙

Q∙q d

CJ

%endo )$e para o c3lc$lo do potencial el4trico U $tili;a-se a e)$a&+o/ Vp= K ∙

Q d

CJ

9nde d  4 a distNncia de  P  a Q. 9$ ainda/ U = E máx ∙ d

25$#$

C7

PODER DAS PONTAS

U!a ponta 4 $!a re,i+o !$ito c$r*a. E co!o a eletricidade se ac$!$la !ais nas re,i'es !ais c$r*as5 )$ando $! corpo eletri;ado te! $!a ponta5 nela h3 ,rande ac!$lo de car,a el4trica. >$!a ponta a densidade el4trica 4 se!pre !aior do )$e nas re,i'es n+o  pont$das.

2.$ OBETIVOS

3,ina 10 de 1<

o!preender o conceito de car,a el4trica5 atra*4s dos processos de eletri;a&+o por  atrito5 contato e ind$&+o. 2.

2$ MATERIAL UTILIADO: %$porte co! haste !et3lica5 peda&os de tecidos de dierentes !ateriais5 bast'es de !ateriais di*ersos5 linha. 

01 Trip4 tipo estrela 1I,



02 (solantes e! nYlon 1