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Processos de Eletrização

 

12/01/2011

Autor e Coautor(es)
José Ângelo de Faria
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VICOSA - MG COL DE APLICACAO DA UFV - COLUNI

Edson Luis Nunes, José Marcelo Gomes, Daniel Rodrigues Ventura.

Estrutura Curricular
Modalidade / Nível de Ensino Componente Curricular Tema
Educação de Jovens e Adultos - 2º ciclo Ciências Naturais Visões de mundo
Ensino Médio Física Equipamentos elétricos e telecomunicações
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula

 ·        Analisar a eletrização por atrito.

 ·        Explicar como ocorre o processo de eletrização por indução.

 ·        Entender a função do “fio terra” nas carcaças metálicas dos aparelhos elétricos.

Duração das atividades
50 minutos (uma aula)
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno

     Conceito de força, Terceira lei de Newton.

Estratégias e recursos da aula

http://www.solucionesseo.com/computadoras/SYS/sistema/fotos/4829.jpg 

             Sugerimos que o professor inicie sua aula apresentando para a turma a Figura 01 ou a foto de uma máquina foto copiadora e argumentar que esta máquina veio facilitar o nosso trabalho nos escritórios, nas escolas, etc., e perguntar se alguém é capaz de explicar como funciona uma foto copiadora.

             Depois explicar como uma cópia xérox funciona; basicamente a xérox funciona da seguinte maneira: um cilindro é previamente eletrizado; o texto que se deseja reproduzir é colocado numa posição de tal modo que a luz que incide nele é intensamente refletida pela parte branca da folha em direção ao cilindro, que descarrega essa região correspondente no cilindro. As partes escuras da folha praticamente não são refletidas mantendo eletrizada a região do cilindro correspondente à parte escura, parte gráfica da folha. Tinta é pulverizada sobre o cilindro fixando na parte eletrizada. Em seguida uma folha branca é comprimida no cilindro ficando nela as marcas de tintas correspondentes às partes escuras da folha original.

             Em seguida o professor deverá informar aos alunos que, em 1937, o americano Chester Carlson, bacharel em Física, inventou a máquina foto copiadora, mas apenas 10 anos depois conseguiu com que uma pequena firma tivesse interesse pelo seu invento.

http://super.abril.com.br/superarquivo/1989/conteudo_111478.shtml 

            O professor também poderá a título de curiosidade mostrar aos alunos a Figura 02 que mostra uma foto da primeira cópia eletrográfica obtida pelo inventor, ainda em caráter experimental, onde ficou gravada a data em inglês equivalente a 22/10/38 e a palavra ASTORIA. 

http://portaldasartesgraficas.com/noticias/data/upimages/primeira_imagem_xerografica.jpg 

Atividade I

            Depois o professor deverá falar sobre os processos de eletrização: eletrização por atrito, por contato e por indução.

   1.    Eletrização por atrito.

           Explicar que desde cerca de 600 anos a.C. os gregos já conheciam o processo de eletrização por atrito. Thales de Mileto historicamente foi o primeiro a observar que ao esfregar uma pele com um bastão de âmbar, este adquiria a propriedade de atrair corpos leves como pedaços de penas de aves. O nome eletricidade foi atribuído bem mais tarde, no século XVI por William Gilbert; a palavra deriva de elektron que era o nome dado pelos gregos ao âmbar um tipo de resina obtida de uma espécie de pinheiro provavelmente extinto. Portanto um dos processos de eletrização é através do atrito entre dois objetos diferentes.

          Após falar do histórico procedimento de eletrização, o professor poderá também fazer várias experiências simples, ou preferencialmente fazer com que a turma se organize em pequenos grupos e executem os procedimentos, para mostrar como eletrizar um objeto por atrito como:

 ·        Esfregando um pente de plástico no cabelo e aproximando-o de pedacinhos de papel; observa-se que o pente vai atrair os pedacinhos de papel.

 ·        Esfregando um canudinho de plástico no cabelo ou com um pedaço de papel toalha e depois colocá-lo colado na parede ou no quadro ele vai permanecer por algum tempo sem cair.

 ·        Enrolando uma folha de papel e esfregando num papel plástico tipo deste usado em transparência pode se verificar que este atrai objetos leves, como pedacinhos de papel.

          Obs. O professor deverá estar atento aos resultados obtidos. Em dias secos essas demonstrações funcionam muito bem, porém se o ar ambiente tiver muito úmido cargas adquiridas pelos corpos atritados podem escoar para o ar.

           Após essas demonstrações começar a discussão com a turma. Como explicar que o simples fenômeno de esfregar dois objetos diferentes estes adquirem eletricidade?

           Para facilitar a explicação do fenômeno o professor poderá mostrar a Figura 03 ou outra equivalente. Esta figura ilustra um modelo básico de um átomo em que a parte central representa o núcleo do átomo, e os elétrons, circulam em camadas ao redor do núcleo, neste esquema estão representados apenas os elétrons da última camada. O professor deve destacar que nos processos de eletrização apenas os elétrons da última camada do átomo participam do processo.

 ·        Os elétrons possuem carga elétrica negativa e os prótons possuem cargas elétricas positivas, os nêutrons não possuem carga elétrica.

 ·        “Cargas elétricas de mesmos sinais se repelem e cargas elétricas de sinais opostos se atraem”, Princípio de Du Fay.

 ·        Os elétrons então estão ligados ao núcleo de seu átomo pela força de atração entre elétrons e prótons.

 ·        Ao aproximar dois átomos de materiais diferentes, quando um material é atritado com outro, elétrons passam do átomo onde a força de atração do núcleo é menor para o átomo onde a força de atração entre núcleo e elétron é maior. Normalmente há uma tendência do átomo em se tornar sua última camada completa, neste caso, perde ou ganha elétron de acordo com a qual operação ocorrer o menor número de transferência de elétron. Perdendo elétron quando tiver menos de 4 elétrons na última camada ou recebendo elétron quando tiver mais de 4 elétrons.

 ·        A última camada de cada átomo é completa quando tem dois elétrons se o átomo tiver apenas uma camada, camada K, ou oito elétrons quando o átomo tiver mais de uma camada de elétron, numero atômico acima de dois.

 ·        Em eletrostática a carga do elétron é considerada carga elementar cujo valor é 1,6.10-19 C, C é a abreviatura de Coulomb unidade de carga elétrica no Sistema Internacional.

http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSTRBSd24aLpNYeyt1jVgRYi3UJUtUMPAhEz8j_5h2TwkRotYxf 

          O professor deverá pedir para a turma calcular a carga adquirida por um objeto que após ser atritado adquire um excesso de 106 elétrons.

          Para resolver o exercício, deverão multiplicar o número de elétrons pela sua carga. q = n.qe, em que q é a carga adquirida pelo corpo, n é o número de elétrons e qe é a carga do elétron, igual a 1,6.10-19 C, lembrando que a carga do elétron é negativa. 

  •     q = n.qe
  •     q = 106.(-1,6.10-19C)
  •     q = -1,6.10-13 C

            A Figura 04 ilustra o esquema de eletrização por atrito. Dois corpos diferentes, um pano de lã e um bastão de vidro são atritados, ou seja, esfrega-se a lã no vidro. Elétrons passam do vidro para a lã, ficando o vidro carregado positivamente, fica com o número de prótons, carga positiva, maior que o número de elétrons, cargas negativas, enquanto a lã fica carregada negativamente, número de carga negativa maior que o número de carga positiva, excessos de elétrons.

            É bom observar que na eletrização por atrito os dois corpos se carregam com cargas de mesmo valor e de sinais opostos.

Atividade II

    1.      Eletrização por contato.  

                Usando a Figura 05 o professor então deverá explicar para a turma que quando dois corpos condutores são encostados entre si, estando um deles carregado, cargas elétricas passarão do corpo carregado para o corpo descarregado, neutro, até que se estabeleça um equilíbrio eletrostático entre eles. Neste caso, os corpos em contato ficam com a mesma distribuição superficial de cargas elétricas ficam carregados com cargas iguais. É sempre bom lembrar que a carga que se deslocam através dos condutores sólidos são sempre os elétrons, carga negativa, como pode ser constatado nos dois exemplos dos esquemas da Figura 05. Acima o corpo carregado tem carga positiva, os elétrons então migram da esfera neutra para a esfera carregada. Já no esquema abaixo na figura, elétrons passam da esfera carregada para a esfera neutra. Também a carga total do sistema permanece inalterada. A carga total das duas esferas equivale a carga inicial da esfera carregada.   

1.    Eletrização por indução

           O professor poderá usar a Figura 06 para explicar a eletrização por indução. No esquema A desta figura, um bastão carregado positivamente é aproximado de uma esfera condutora, eletricamente neutra, ou seja, nela o número de prótons é igual ao número de elétrons. Devido à aproximação do bastão carregado, elétrons da esfera são atraídos pela carga do bastão, migrando para o lado da esfera mais próximo dele. Assim, na esfera, forma uma região próxima do bastão com excesso de elétrons e na parte oposta ao bastão uma região com falta de elétrons ficando positiva. Essa distribuição de cargas que ocorre na esfera devido à migração de elétrons sobre influência de um corpo carregado é que chamamos de indução eletrostática. O objeto carregado que provoca a indução eletrostática, o bastão nesse caso, é denominado de indutor; o corpo que sofre a indução, a esfera, é o induzido.

           No esquema B, o bastão é mantido próximo da esfera e ela é ligada a terra, um fio metálico tem uma de suas extremidades em contato com a esfera e a outra extremidade em contato com a terra. Elétrons, então atraídos pelo indutor, sobem da terra para a esfera neutralizando as cargas positivas em excesso na parte da esfera oposta ao bastão. Nos aparelhos elétricos e eletrônicos o fio terra tem a função de não armazenar cargas elétricas na parte externa dos mesmos, evitando que uma pessoa tome choque ao tocar no aparelho.

           Em C, o contato com a terra é cortado e o bastão é ainda mantido bem próximo da esfera permanecendo os elétrons da esfera próximos ao bastão atraídos pelas cargas positivas.

           Finalmente em D o bastão é afastado da esfera e esta permanece carregada, pois os elétrons não podem escapar dela sem a ligação com a terra, ficando carregada com distribuição superficial de cargas. Observe que na indução eletrostática o corpo se carrega com carga de sinal oposto à carga do indutor.

           Depois o professor deverá apresentar a Figura 07 e pedir que os alunos copiem no caderno ou numa folha o esquema dessa figura, depois completem o esquema para mostrar como se carrega um condutor por indução em que o indutor está carregado com carga negativa. Qual a distribuição de carga na esfera em A, B, C e D? Qual o sentido do movimento dos elétrons através do condutor que liga a esfera a terra no esquema B? Como fica finalmente a carga na esfera após ser carregada, esquema D?

          Após algum tempo para que os alunos copiem e completem o esquema, o professor poderá utilizar a Figura 08 para explicar este exercício a fim de que os alunos possam conferi-lo. Os esquemas dessa figura ilustram a distribuição dos elétrons na esfera em função da influência do indutor; a seta vermelha indica o movimento dos elétrons sendo da esfera para a terra, devido à repulsão das cargas do indutor. Finalmente após tirar a ligação para a terra e afastar o induzido do indutor, as cargas se distribui uniformemente na superfície dos condutores, ficando a esfera carregada com carga positiva contrária à carga do indutor.

Atividade III

           Após explicação da Figura 08, o professor poderá fazer uma pequena demonstração como está esquematizado na Figura 09 e pedir que os alunos expliquem o que ocorre em cada caso.

           Primeiro pegue uma tira de papel alumínio cerca de 20 cm de comprimento e 1 cm de largura. Dobre a tira ao meio pendurando-a num lápis de madeira como na figura. Atrite um bastão metálico com um pedaço de lã ou flanela, tendo o cuidado de conectar ao metal um cabo de material isolante, madeira ou plástico, para que a carga do bastão não escape para sua mão. Aproxime bem o metal eletrizado na parte da dobra do papel alumínio e peça ao grupo de alunos que observe e veja o que acontece. Peça então aos alunos que discutam em seus grupos e expliquem o que ocorre.

           Depois repita o procedimento, mas aproxime o metal eletrizado até que ele toque na folha. Peça novamente ao grupo que explique porque as folhas de alumínio se afastam. Se o professor dispuser de tempo e material, organize para que os próprios alunos realizem este procedimento orientando-os como proceder.  

          O esquema da Figura 10 dispensa palavras para entender o que acontece em cada um dos procedimentos.

          Ao aproximar o bastão eletrizado das folhas, ele induz as cargas das folhas fazendo com que os elétrons subam aproximando do bastão ficando as extremidades das folhas com excesso de cargas positivas enquanto o bastão permanece bem próximo das folhas de alumínio. Como cargas opostas se repelem, as folhas se afastam. Basicamente este é o funcionamento do eletroscópio de folhas, dispositivo para verificar se um corpo está ou não eletrizado, como o bastão do exemplo. 

         Quando o bastão com cargas positivas se toca nas folhas elétrons migram da folha para o bastão, ficando as folhas eletrizadas com cargas positivas que se repelem, Figura 10.

          O professor também poderá mostrar através de vídeo várias maneiras de se obter eletrização por atrito fazendo os experimentos ou mostrando o vídeo com o título e endereço seguinte:

Mago da Física - Processos de Eletrização [Parte 1/2]: 6 min e 51 s

  http://www.youtube.com/watch?v=K9J-2m8pqj4  

    Mago da Física - Processos de Eletrização [Parte 2/2] : 5 min e 5 s

 http://www.youtube.com/watch?v=i_z7o6NyHWA&NR=1   

         Outro vídeo que é bastante interessante e bem ilustrativo com excelente didática se encontra disponível com o título e endereço abaixo.              

 Novo Telecurso - Ensino Médio - Física - Aula 37 (1 de 2): 6 min e 26 s

        http://www.youtube.com/watch?v=Rrdp0autPV8 

Recursos Complementares

            Sugerimos que o professor acesse o endereço abaixo que relata a história da invenção da máquina foto copiadora, xérox, pelo americano Chester Carlson.     http://super.abril.com.br/superarquivo/1989/conteudo_111478.shtml 

Avaliação

             Além de formular algumas questões relacionadas com o tema eletrização, o professor poderá pedir aos alunos para realizar uma pesquisa e apresentar em equipes, sobre o que é, para que serve e qual o princípio de funcionamento de um pêndulo elétrico.

Opinião de quem acessou

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