1 - Objetivos

Os experimentos realizados visaram analisar o fenômeno eletrostático

da eletrização: atrito, contato e indução, observar seus efeitos sob diversos

materiais, destacando a carga adquirida pelo mesmo após o processo e fatores

que influenciam o fenômeno.

2 – Resumo

Através de experimentos simples foi demonstrado os fenômenos da

eletrostática, que consiste no estudo das cargas elétricas em repouso (suas

propriedades e comportamentos). Observou-se que ao atritarmos corpos

formados por materiais diferentes, ocorre uma troca de elétrons entre eles, de

modo que um fica com falta de elétrons e o outro com excesso. Os corpos que

apresentam excesso o ou falta de elétrons são chamados de corpos eletrizados

e quando aproximados um dos outros observasse o princípio da atração e

repulsão de cargas. Utilizaram-se vários tipos de materiais nos mesmos

experimentos (plástico, vidro, PVC, poliacetal, alumínio, papel) para analisar

quais materiais eram de mais fácil eletrização. Os resultados obtidos no

experimento foram analisados, e comparados com dados previamente

recolhidos para uma analise minuciosa dos fenômenos físicos envolvidos.

3 - Introdução

Toda matéria é constituída por átomos, que por sua vez se dividem em

vários pequenos componentes, destes pequenos componentes do átomo, o

elétron, próton e o nêutron são de fundamental importância quando falamos

sobre a eletrostática. Os prótons e os nêutrons estão localizados no núcleo,

está região concentra a maior densidade do átomo, já os elétrons descrevem

orbitas elípticas ao redor do núcleo, na chamada eletrosfera.

Uma característica elementar do átomo é possuir carga elétrica.

Dizemos que um corpo está eletricamente carregado positivamente ou

negativamente quando o numero de prótons e elétrons não são iguais, caso

ocorra à igualdade entre estas partículas, dizemos que o corpo se encontra

neutralizado. Deve-se ressaltar que o que altera a carga elétrica de um átomo é

o elétron, como este está em uma região de baixa densidade e com maior

liberdade de movimento, o átomo pode perder seus elétrons como também

pode adquirir.

A carga do elétron é chamada de carga elementar, e é com esta carga que nos

é possível calcular a carga elétrica de um corpo:

Q=∓ n .e

Q – Carga elétrica (Coulomb)

n– Numero de elétrons em excesso (+) ou em falta (-)

e– carga elementar (1,6 x 10-19 Coulomb)

Para se eletrizar um corpo, é necessário que este passe por um processo, que

pode ser:

Eletrização por atrito: após friccionarmos objetos de materiais

diferentes inicialmente neutralizados, um dos corpos irá ceder

elétron, enquanto o outro irá recebê-los, de tal forma, os corpos

irão adquirir cargas elétricas opostas. Alguns materiais são mais

suscetíveis a se eletrizarem negativamente ou positivamente,

para isto, existe uma tabela (série triboelétrica) que nos mostra

alguns materiais e suas respectivas tendências;

Eletrização por contato: neste tipo de eletrização, é posto em

contato um corpo neutro (Q1) e outro corpo carregado

eletricamente(Q2), ao final do processo, haverá uma nova Q1 com

o mesmo sinal da carga Q2,este processo está descrito na

FIGURA 1:

FIGURA 1. Eletrização por contato.

Eletrização por indução: neste tipo de eletrização, não há contato

entre os corpos. Um corpo neutro (Q1), é aproximado de um corpo

eletrizado (Q2), sem que estes se toquem, ocorre um rearranjo

das cargas do corpo Q1, fazendo com que este corpo possua uma

região eletrizada, como ilustrado na FIGURA 2:

FIGURA 2. Eletrização por indução.

É importante mencionar sobre o principio de conservação de cargas. Em

um sistema isolado, a quantidade de cargas elétricas no inicio e no final de

qualquer processo, são iguais.

TABELA 1. Série triboelétrica.

Facilidade em eletrizar-

se positivamente

(decrescente)

Neutros Facilidade em obter

carga negativamente

(crescente)

Pele humana Algodão Madeira

Couro Aço Âmbar

Pele de coelho Borracha dura

Vidro Níquel e cobre

Cabelo humano Prata e latão

Nylon Ouro e platina

Lã Poliéster

Chumbo Isopor

Pele de gato Filme de PVC

Seda Poliuretano

Alumínio Polietileno

Papel PVC

Teflon

4 – Materiais e Métodos

A análise dos diferentes processos de eletrização foi dividida em quatro partes:

Primeira Parte

Uma folha de papel alumínio (200X200mm) foi cortada em pequenos pedaços

postos sobre a bancada . Friccionou-se com energia o extremo de um canudo

de plástico com papel toalha. Uma vez atrito o canudo este foi aproximado dos

pedaços de papel alumino sobre a bancada. Observou-se o ocorrido.

Outro canudo foi, desta vez em toda sua extensão, friccionado com papel

toalha e colocado na parede.

Segunda Parte

Construiu-se, com um tripé tipo estrela de 1kg ao qual foi acoplado uma haste

de 4mm tipo “J”, na ponta foi amarrado um fio de nylon 120 fios, na

extremidade livre do fio colocou-se um pequeno pedaço de papel alumino de

aproximadamente 10mm, um pêndulo eletrostático.

Friccionou-se fortemente um novo canudo com o papel toalha e o aproximou

do pêndulo sendo anotada sua reação. O experimento foi repetido para

diversos materiais (hastes de 250X8mm de vidro, polipropileno, acrílico e uma

de 250X16mm de PVC) todas atritadas com papel toalha.

Terceira Parte

A mesma estrutura do experimento anterior foi adicionado mais um fio na

extremidade do qual também foi colocado outro pedaço de papel alumínio,

constituindo-se assim num pêndulo duplo. Eletrizou-se o extremo de um

canudo plástico com papel toalha. Inicialmente o canudo foi aproximado do

pêndulo, em seguida estabeleceu-se contato.

Quarta Parte

Sobre um suporte para haste de 32X65mm, uma haste de poliacetal de

250X8mm com orifício central, foi colocada. Eletrizou-se uma extremidade de

um canudo plástico com papel toalha e aproximou-a da haste. Num segundo

momento a haste foi retirada e uma de suas extremidades eletrizada com papel

toalha, a haste foi recolocada e o canudo eletrizado aproximado desta e

posteriormente da extremidade neutra. O processo foi repetido para a haste de

vidro.

5 – Resultados e Conclusões

Primeira Parte

a) Aproximar o canudo plástico dos pedacinhos de papel. O que ocorreu?

O canudo plástico, anteriormente atritado, atrai os pedacinhos de papel.

b) Por que os pedacinhos de papel foram atraídos?

O ocorrido pode ser explicado pelo fenômeno de eletrização por atrito. O atrito

é responsável por retirar elétrons do objeto atritado, e por isso, deve ocorrer na

mesma direção (do contrário, as cargas retiradas serão repostas). Como

consequência algumas regiões do canudo ficaram carregadas, assim como o

papel que por sua vez fica com carga oposta. Ao se aproximar o canudo

carregado dos papeis neutros ele atrai as cargas de sinal oposto dos mesmos,

a força gerada é suficiente que os papeis grudam no canudo.

c) Ao atritarmos entre si duas substâncias diferentes, elas se eletrizam com

cargas elétricas de sinais opostos. Se atritarmos um pano de lã com um bastão

de vidro. O vidro cederá elétrons para a lã. O vidro vai ficar eletrizado

positivamente e a lã vai ficar eletrizada negativamente.

d) Friccionar com energia um canudo plástico e em seguida colocar na parede.

O que ocorreu?

Ao atritar o canudo com o papel, observa-se que ele adere à superfície.

e) Por que o canudinho de plástico ficou colado na parede?

Quando colocado contra qualquer superfície, o canudo irá atrair cargas

contrárias as que ele possui, e se estas forem em número suficiente vão gerar

uma força capaz de manter o canudo grudado na superfície. Se não forem, o

canudo pode cair diretamente ou "rolar" pela superfície.

Segunda Parte

a) Friccionar com energia o extremo do canudo de plástico no pape toalha e

aproximar do pêndulo de alumínio. O que ocorreu?

Ao eletrizar o canudo e aproximá-lo pedaço de papel alumínio, observou-se

que houve deslocamento do papel alumínio em direção ao canudinho,

decorrente da força de atração gerada entre ambos. Após aproximação dos

dois objetos, percebe-se que a força de atração não mais existia, pois o canudo

e o pedaço do papel alumínio estavam se repelindo.

b) Explicar por intermédio de um desenho a distribuição das cargas elétricas no

pêndulo de alumínio.

FIGURA 3. Distribuição das cargas elétricas no pêndulo de alumínio.

c) Por que o pêndulo de alumínio foi atraído pelo canudo de plástico?

Ao atritar o canudo o objeto sofre eletrização por contato, e por isso o canudo

consegue atrair o pedaço de alumínio que compõe o pêndulo eletrostático. A

aproximação do canudo carregado torna o pedaço de alumínio do pêndulo um

dipolo: as cargas de sinal oposto às do canudo se deslocam em direção ao

mesmo e as cargas de mesmo sinal são repelidas, a força existente movimente

o pêndulo.

d) Explicar por que o pêndulo de alumínio foi repelido pelo canudo de plástico.

Quando se permite a aproximação de ambos, ocorre transferência de cargas

entre os objetos, que passam a se repelir havendo, tendo ocorrido eletrização

por contato entre os corpos. A transferência de cargas entre os corpos torna-os

igualmente carregados e, portanto passam a repelir um ao outro.

e) Friccionar com energia o extremo do bastão de vidro no papel e aproximar o

pêndulo de papel. O que ocorreu?

A extremidade friccionada do bastão atrai o pêndulo de alumínio.

f) Explicar por que o canudo de plástico repele o pêndulo de alumínio e o

bastão de vidro atrai o pêndulo de alumínio.

O pêndulo de alumínio após o contato com o canudo de plástico adquire a

carga do mesmo fazendo um repelir o outro. Considerando que o pêndulo não

tenha se descarregado, o bastão de vidro atrai o mesmo, pois a carga

adquirida por ele após a fricção é de sinal oposto a presente no pêndulo.

g) Eletrização por contato: Para eletrizarmos um corpo metálico (círculo de

papel alumínio), podemos fazer uso de outro corpo (canudo de plástico)

previamente eletrizado, encostando um no outro. Se encostarmos o pêndulo de

alumínio (neutro) em um canudo de plástico eletrizado negativamente, haverá

passagem de elétrons do canudo de plástico eletrizado para o pêndulo de

papel alumínio neutro e, no final estarão ambos negativos e se repelem. Na

eletrização por contato os corpos ficarão com cargas elétricas de mesmo sinal.

h) O canudo plástico quando eletrizado com o papel se eletriza negativamente?

Sim.

Repetir os experimentos acima com outros materiais e identificar a eletricidade

de cada bastão Exemplos:

Plástico e papel: o plástico se eletriza negativamente e o papel eletriza

positivamente.

Vidro e papel: o vidro se eletriza positivamente e o papel eletriza

negativamente.

PVC e papel: o PVC se eletriza negativamente e o papel eletriza

positivamente.

Polipropileno e papel: o polipropileno se eletriza negativamente e o

papel eletriza positivamente.

Acrílico e papel: o acrílico se eletriza positivamente e o papel eletriza

negativamente.

Terceira Parte

a) O canudo de plástico atrai os pêndulos de alumínio.

b) Explique por que o pêndulo de alumino foi atraído pelo canudo de plástico.

O canudo eletrizado ao ser aproximado do pêndulo, sem tocar, provoca um

rearranjo das cargas do mesmo fazendo com que este possua uma região

eletrizada que vai ser atraída.

c) Os pêndulos se repelem.

d) Encontrar uma maneira para calcular a força de repulsão entre os pêndulos

eletrizados, fazer um desenho da situação e indicar as forças aplicadas nos

pêndulos de papel alumínio.

FIGURA 4. Representação esquemática do pêndulo duplo.

A= área da placa, que se quer calcular a densidade do papel alumíniov= volumem= massa pesada com uma balançad= densidade do papel alumíniotg α= tangente do ângulo entre a altura do triângulo e um dos seus lados.Fe= força elétrica entre os discos eletrizadosmD= massa do disco calculadar= raio do disco eletrizadoD= distância entre os discos eletrizadosh= altura do triânguloP= peso do disco

Mede-se a altura do triângulo (h), e a distância entre os círculos eletrizados (d).

Com isso calcula a tangente do ângulo entre a altura e um dos lados do triângulo.

tg α=D /2heq(1)

Mede-se a área do papel alumínio (A) e em seguida mede-se a espessura (E) do mesmo usando o micrômetro. Com esses dados calcula-se o volume.

A=l× leq (2)v=l2× Eeq(3)

Mede-se a massa do papel em que foi calculado o volume (m).

Com esses dados, calcula-se a densidade do papel alumínio.

d=mveq(4)

Com a densidade calculada, calcula agora a massa do disco eletrizado do pêndulo.

mD=π ×r2×d eq (5)

Com esses dados calcula-se a força elétrica entre os discos carregados.

tg α=FePeq (4)

Fe=P× tgα eq(5)

Fe=m×g× D /2heq(6)

Fe=π ×r2×d× D /2heq(7)

Quarta Parte

a) Eletrizar com papel toalha o extremo do canudo de plástico e aproximar do bastão de poliacetal (neutro) em equilíbrio horizontal. O que ocorreu?

O canudo de plástico atritado atrai o bastão de poliacetal.

b) Por que o canudo de plástico eletrizado negativamente atrai o bastão de poliacetal (neutro)?

Mesmo fenômeno de eletrização ocorrido com o pêndulo de alumínio, eletrização por indução. O canudo rearranjou as cargas na extremidade do bastão de poliacetal atraindo as de sinal oposto e repelindo as de mesmo sinal, a força provocou o movimento.

c) Recolocar o bastão de poliacetal no suporte horizontalmente e aproximar o canudo de plástico eletrizado do bastão de poliacetal também eletrizado. O que ocorre?

O bastão de poliacetal e o canudo se repelem.

d) Aproximar o canudo de plástico eletrizado do lado neutro do bastão de poliacetal. O que ocorre?

O canudo, como da primeira vez, irá atrair a extremidade neutra do bastão.

e) Eletrizar com papel toalha e forte fricção o extremo do bastão de acrílico, aproximar o bastão de acrílico ao bastão de poliacetal eletrizado negativamente. O que ocorre?

O bastão de acrílico atrai a extremidade eletrizada negativamente do bastão de poliacetal.

f) O bastão de acrílico atritado com papel toalha se eletriza positivamente.

g) Aproximar o canudo eletrizado repele o PVC eletrizado. Aproximar o bastão de acrílico eletrizado atrai o PVC eletrizado. Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem. Cargas de sinais contrários se atraem.

5 – Conclusões

Através dos experimentos propostos, foi possível adquirir conhecimento sobre uma propriedade elementar da matéria: a carga elétrica. A maneira com que este afeta o corpo e as diferentes maneiras de eletrizá-los.

Referências Bibliográficas

Série Triboelétrica< http://www.infoescola.com/eletrostatica/serie-triboeletrica/>. Acesso em 29 de abril de 2011.

Resnick, R.; Halliday, D.; Krane, K.S., Física 3, editora LTC, Rio de Janeiro, 2002.