Relatório Aula Prática Gerador de Van Graaff
Aluno: André Disciplina: Física III Curso: Engenharia Ambiental
Juazeiro do Norte CE 2012
SUMÁRIO 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
OBJETIVOS GERAIS...................................................................................................................................03 REFERENCIAL TEÓRICO............................................................................................................................03 EQUIPAMENTOS.......................................................................................................................................03 PARTES DO GERADOR...............................................................................................................................04 4.1 MATERIAIS COMPLEMENTARES.........................................................................................................04 PRECAUÇÕES............................................................................................................................................05 5.1 LIMPEZA........................................................................................................................................05 5.2 AJUSTE DA CORREIA....................................................................................................................05 5.3 CUIDADOS COM A CORREIA.........................................................................................................05 5.4 FUNCIONAMENTO........................................................................................................................05 EXPERIMENTO 01.....................................................................................................................................05 6.1 MATERIAIS NECESSÁRIOS.............................................................................................................05 6.2 PROCEDIMENTOS.........................................................................................................................05 EXPERIMENTO 02.....................................................................................................................................06 7.1 MATERIAIS NECESSÁRIOS.............................................................................................................06 7.2 PROCEDIMENTOS.........................................................................................................................06 EXPERIMENTO 03.....................................................................................................................................06 8.1 MATERIAIS NECESSÁRIOS.............................................................................................................06 8.2 PROCEDIMENTOS.........................................................................................................................07 REFERÊNCIAS............................................................................................................................................08
1.0 OBJETIVOS GERAIS Visualizar as linhas de força através da distribuição do campo elétrico gerado por uma tensão a partir do gerador de Van Graaff. Observar os fenômenos eletrostáticos e os processos de eletrização.
2.0 REFERENCIAL TEÓRICO O gerador de Van de Graaff, é um aparelho capaz de gerar cargas elétricas a partir da transformação de energia mecânica em energia elétrica. Em 1930 um físico Norte Americano construiu um equipamento eletrostático que foi batizado de Gerador de Van Graaff, que levou seu nome como homenagem pelo seu desenvolvimento. Este equipamento era composto de dois cilindros ligados por uma correia que gerava eletricidade por fricção e indução, movimentando milhares de volts. Seu funcionamento é bem simples, o motor rotaciona a correia que é isolante que passa por duas polias, uma delas acionadas por um motor elétrico que faz a correia se movimentar. A segunda polia encontra-se dentro da esfera metálica oca. Através de pontas metálicas a correia recebe carga elétrica de um gerador de alta tensão. A correia eletrizada transporta as cargas até o interior da esfera metálica, onde elas são coletadas por pontas metálicas e conduzidas para a superfície externa da esfera. Por esse processo, a esfera pode atingir um potencial de até 10 milhões de volts, no caso dos grandes geradores utilizados para experiências de física atômica, ou milhares de volts nos pequenos geradores utilizados para demonstrações nos laboratórios de ensino. 3.0
EQUIPAMENTOS
O Gerador eletrostático tipo Van de Graaff, tem capacidade para 240 kV, sua esfera removível tem 20 cm de diâmetro e dispõe de conexões para aterramento. A sustentação é construída em acrílico e possui articulação na ligação com a base e mede 45 cm de altura. A correia de borracha tem 6 cm de largura e se movimenta sobre 4 polias, que acionadas por um motor elétrico de 1/8 de HP funcionando em 110 ou 220 V, conforme a sua rede local de energia. A rotação do motor é controlada de um circuito eletrônico. Todo o conjunto está fixado em uma base metálica.
Figura 01: Equipamentos gerador de Van Graaff disponível em http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=azed&cod=_geradordevandegraaff
4.0PARTES DO GERADOR
FIGURA 02: componentes geradores van graaff
a. Esfera de alumínio polido. b. Polias. c. Conexão na esfera. d. Escova superior. e. Correia de borracha. f. Escova metálica intermediaria. g. Polia de acrílico. h. Conexão de fio terra (inferior). i. Escova metálica inferior. j. Motor de 1/8 de HP; k. Controlador eletrônico da velocidade de rotação do motor. 1. Cuba de vidro e base acrílica com 02 isolantes de nylon com bornes, m. Eletrodos. n. Cabos de ligação banana/banana. o. Torniquete eletrostático. p. Esfera auxiliar em alumínio com cabo e borne. q. Frasco com semente de grama. r. Frasco com óleo de rícino. s. Eletroscópio de folha. 4.1 MATERIAIS COMPLEMENTAR NECESSÁRIO
- tiras de papel alumínio;
- fita adesiva; - lâmpada fluorescente pequena; - algodão - base isolante de madeira - retroprojetor
5.0
PRECAUÇÕES
- Antes de ligar ou religar o gerador descolar os dois lados da correia de borracha. - A esfera e de alumínio, na sua limpeza utilizar somente um pano limpo e seco. Não utilizar produtos químicos. - Manter as escovas metálicas limpas e secas. - Lubrificar as polias periodicamente. - Não utilizar o Gerador com o motor em baixas rotações. - Não efetuar troca de acessórios e não tocar no equipamento enquanto ligado! - Manter o Gerador ligado por no máximo 30 minutos, e em seguida mantê-lo desligado por 10 minutos para que ocorra o resfriamento do mesmo. 5.1 LIMPEZA
Para se produzir um alto potencial eletrostático é necessário bom isolamento. Para isto mantenha as partes do gerador limpas e secas (esfera, escovas, correia de borracha e polias). 5.2 AJUSTE DA CORREIA
Retirando a esfera colocar a correia e tracionar a mesma levemente através dos parafusos existentes na parte superior. 5.3 CUIDADOS COM A CORREIA DE BORRACHA
Se o Gerador não for utilizado por mais de 5 dias, retirar a correia de borracha e colocar em um saco plástico com um pouco de talco, em seguida guardar em um lugar salvo de iluminação e calor. Estes procedimentos são de grande importância para a durabilidade da correia, pois a luz e o calor causam a degeneração da borracha diminuindo a elasticidade. 5.4 FUNCIONAMENTO
- Ao ligar o gerador utilize o controlador de velocidade colocando para funcionar em velocidade média. - Ajustar as escovas d, f e I de tal modo que fiquem levemente em contato com a correia de borracha. - Deixar o gerador funcionar na velocidade média por alguns minutos. Para facilitar a eletrização coloque o dedo próximo da borracha e junto da escova metálica f , este procedimento facilita a eletrização do gerador. - Com o gerador em funcionamento, o atrito da borracha com a polia g (acrílico ou nylon) eletriza a polia positivamente e por indução a escova i, transferindo desta forma elétrons para a correia de borracha que as transporta para a esfera. - A escova d retira os elétrons da correia e transfere para a esfera que fica eletrizada negativamente. A escova f retira a sobra de elétrons da correia, deixando-a neutra, para receber carga da escova i. 6.0 EXPERIMENTO 01 DISTRIBUIÇÃO DAS
6.1 Materiais
CARGAS ELÉTRICAS NOS CORPOS
Necessários
- gerador eletrostático com controlador de velocidade e esfera; - tiras de papel laminado - fita adesiva; - eletroscópio de folha; 6.2 Procedimentos
1. Cortar tiras de papel alumínio (5 mm x 60mm) e fixar com fita adesiva somente a ponta das tiras na superfície externa da esfera. 2. Ligar o gerador eletrostático e regular para uma velocidade média a alta de rotação do motor (não utilizar com baixas rotações). 3. Qual é a direção do campo elétrico criado em torno da esfera?
R: O campo elétrico está saindo da esfera uniformemente
4. Conectar na esfera o eletroscópio de folha, ligar o gerador e observar o comportamento das laminas de alumínio. R: após acionamento do aparelho, observou-se a repulsão entre as lâminas, logo, ambas possuíam cargas de mesmo sinal.
5. Pegar com a mão de algodão e aproximá-los da esfera do gerador, mantendo a mão numa posição próxima. O que ocorre? Por quê? R: após a aproximação dos fiapos de algodão á esfera, observou-se que os fiapos foram atraídos, ficando estes na direção do campo elétrico produzido pela esfera. Neste caso a força elétrica está no sentido do campo elétrico, logo o algodão estava neutro enquanto a esfera estava carregada
7.0 EXPERIMENTO 02
O Poder das Pontas 7.1 Materiais
Necessários
- gerador eletrostático com controlador de velocidade e esfera; - torniquete eletrostático; - lâmpada fluorescente pequena; - base isolante de madeira (pare uma pessoa subir) 7.2 Procedimentos
1. Colocar o torniquete ligado à esfera do gerador. 2. Ligar o gerador eletrostático e regular pare velocidade de rotação média a alta (não utilizar em baixas rotações). 3. Comentar o que ocorreu e justificar fato. R: A concentração de cargas é maior nas extremidades pontas, devido a isso, as particulas estão saindo das pontas em direção oposta, gerando uma força de mesma intensidade, entretanto no sentido contrário, fazendo com que o somatório de todas essas força gerem um torque, rotacionando o equipamento no sentido opsto as pontas.
8.0
EXPERIMENTO 0 3
Linhas de Força em um Campo Elétrico 8.1 Materiais Necessários - gerador eletrostático com controlador de velocidade e esfera; - cuba de vidro e base acrílica com 02 isolantes de nylon com bornes; - eletrodos; - 02 cabos de ligação banana/banana; - frasco com semente de grama; - frasco com óleo de rícino; - retroprojetor; 8.2 Procedimentos
1. Fazer uma proteção de cartolina sobre o retroprojetor e recortar no centro um retângulo com as da cuba de vidro. 2. Fixar dois eletrodos e fazer a montagem sobre o retroprojetor.
dimensões
3. Conectar os cabos de ligação nos isolantes de nylon com bornes e nos pontos indicados no esquema (parte superior da esfera e conexão de fio terra inferior, próximo às polias inferiores).
4. Colocar óleo de rícino na cuba de acrílico, uma camada de aproximadamente 3 mm, de modo a cobrir os eletrodos e espalhar sobre o óleo um pouco de sementes de grama (a semente de grama deve estar bem seca, pode-se secá-la ao sol). 5. Ligar o retroprojetor focalizando os acessórios e as partículas espalhadas sobre o óleo de rícino. 6. Ligar o gerador eletrostático e regular para uma velocidade média a alta de rotação (não utilizar em baixas rotações)
Equipamento prática linhas de força 7. Observar o aspecto que apresenta o campo elétrico que irá aparecer entre os dois eletrodos, cuja configuração se materializará pela distribuição adquirida pelas sementes de grama no óleo. Se houver dificuldade em estabelecer o campo elétrico, devem-se isolar com esmalte as partes dos eletrodos que ficam imersas no interior do óleo. R: Ocorreu a formação de linhas de campo paralelas, visualizando a passagem de corrente elétrica em forma de faíscas.
8. Repetir os mesmos procedimentos para os demais pares de eletrodos. 9. Faça figuras representando as linhas de força observadas.
Linhas de força de um campo elétrico gerado por duas cargas de sinais opostos, disponível em http://osfundamentosdafisica.blogspot.com/2011_03_01_archive.html
Fotografia aula prática, visualização linhas de força.
9.0 REFERÊNCIAS
http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=azed&cod=_geradordevandegraaff
Halliday,Resnick; Fisica 3-Volume 4 http://osfundamentosdafisica.blogspot.com/2011_03_01_archive.html
