Máquinas Eletrostáticas

Teoria

Sobre esta página, veja comentários de Antônio Carlos M. de Queiroz, pesquisador da UFRJ em experimentos de eletrostática.

Este grupo construiu um gerador de Van de Graaff. Deu certo, mas só em casa! Mostraram um vídeo provando.	Aí o gerador do grupo da esquerda.	E aqui arrumando o teste de aula.
(Abaixo) Faltou testes anteriores, não funcionou muito bem... Mas tentaram!	(Abaixo) O aparato do grupo da esquerda.	(Abaixo) Eita grupo risonho! O melhor trabalho deste ano: a garrafa ficava tão carregada que se podia ver e ouvir faíscas!
(Abaixo) Esse grupo também foi muito bem! Atingiram o objetivo perfeitamente!	(Abaixo) Olha elas aí trabalhando.	(Abaixo) Bela garrafa de Leyden, seu Matheus! Carregou muito bem na TV.
(Abaixo) Por pouco esse grupo não consegue, mas com um eletróforo emprestado atingiram o objetivo!	(Abaixo) O Van de Graaff do CAC, mas não funcionou... Continuem tentando!

2001

Foi a primeira vez que trabalhei este conteúdo da forma que trabalhei neste ano (2003); e desejei que fosse a última... Não vou omitir que foi um bocado frustante verificar que os resultados de tanto trabalho não alcançaram nem 10% das expectativas, até porque o objetivo desse site não é fazer propaganda de nada, mas sim retratar a REALIDADE, inclusive das SALAS DE AULA. E outro professor que desejar trabalhar este conteúdo estará advertido, assim, a se empenhar de outra forma.
O motivo de toda essa frustação é simples: experimentos de eletrostática são muito difíceis de se construir e de se testar. Eu já havia lido isso em vários livros mas até então não conhecia a real magnitude deste obstáculo para se trabalhar com este conteúdo sobre bases construtivistas e práticas. Inicialmente as coisas andaram bem: experimentos mais simples de repulsão e atração, demonstrativos ou problematizantes, tal como eletrização por atrito, funcionaram bem; o problema é tentar desenvolver projetos do tipo: máquinas eletrostáticas, garrafas de Leyden, etc.
Os projetos foram propostos da seguinte forma: à medida em que a matéria de eletrostática foi sendo ministrada, os projetos foram sendo lançados, cinco no total:

• Simulação de raio (faísca eletrostática).
• Máquina eletrostática (armazenar numa garrafa de Leyden).
• Série triboelétrica (testar vários materiais).
• Garrafa de Leyden.
• Demonstra a eficiência do pára-raio.

A apresentação se deu no fim do bimestre, somente para a classe (o objetivo inicial era apresentar numa espécie de feira à classes do fundamental). A seguir, juntamente com as fotos dos grupos, descrevemos os resultados.

Em Hortolândia os projetos foram muito criativos e complexos, com grande demonstração de "engenharia"...

Funcionou! O último projeto do bimestre - o teste da eficiência do pára raio -, foi demonstrado por esse grupo feliz (Júlio, Fernando J., Flávio, Sara e Lívia S.). O aparato é simples: um pedaço de cartolina com um desenho de um prédio numa base isolante, com uma tira fina de seda colada pela extremidade superior. Quando o "prédio" estava eletrizado, a tira levantava-se. Com um alfinete no topo do "prédio", demonstrava-se que ele descarregava ou carragava-se sem contato, apenas aproximando-se um objeto (carregado ou não, dependendo do caso), do alfinete. Enfim: deu certo! (ver comentário de ACMQ)

Funcionou! Pra falar a verdade, eu, em princípio, duvidei que o Paulo, o Felipe B., o Anderson e o Elter fossem conseguir desenvolver esse projeto (apesar das fortes expectativas do Anderson desde o princípio). A minha incredulidade aumentou quando o Anderson chegou com um relato eufórico de que havia tomado "um baita choque" com a garrafa de Leyden, após carregá-la com a máquina durante um certo tempo, inclusive com uma forte faísca de cerca de 10cm de comprimento. Se isso foi verdade ou se foi apenas um delírio do rapaz nunca saberemos... Mas durante a apresentação, eles carregaram a garrafa por um tempo e me deram, pra eu testar se estava carregada ou não, dizendo que não se responsabilizariam pelos danos em mim. Quando eu enconstei, acidentalmente, em um dos terminais da garrafa, senti, realmente, um choque intenso a ponto de assustar. Mas não vi nenhuma faísca, e não foi tão forte quanto ele havia relatado. E não conseguimos repetir o resultado, talvez por causa do desgaste das peças (couro, vinil). A idéia da máquina é simples: um disco de vinil, girado por um motor elétrico, atrita-se com pedaços de couro. Os terminais da garrafa de Leyden são ligados no couro e no vinil, neste último através de um fio de cobre que atritava com o vinil. Projeto ousado, mas funcionou! (ver comentário de ACMQ)

Falhou... O objetivo do Renato, Leandro, Mateus e Osiene era apenas construir uma garrafa de Leyden e demonstrar que estava carregada. Construiram uma garrafa aparentemente boa, inclusive com um descarregador (na mão direita do Mateus). Para carregá-la tentaram usar um eletróforo e discos de vinil atritados com papel (eu, em casa, havia conseguido bons resultados); e para o teste, usaram um pêndulo elétrico. Infelizmente, não conseguimos carregá-la (ou demonstrar que estava carregada). Mas valeu a intenção!(ver comentário de ACMQ)

Falhou... Foi uma pena também que não coube direito a Graciele, a Jéssica, o Fernando A., a Camila, o Alexandre e a Luiza junto com o projeto deles na foto. E o projeto foi ousado também: encaparam o pneu traseiro de uma bicicleta (do Alexandre) com uma tira de PVC (recortada de um cano de água), e construíram uma garrafa de Leyden. Esta tinha um de seus terminais atritado ao PVC, que também era atritado a uma flanela (tentamos também papel higiênico e toalhas de papel), quando o pneu era girado rapidamente com as mãos através do pedal. Segundo o Alexandre, ele conseguiu carregar a garrafa em casa, numa tela de TV, portanto o motivo do resultado não estava nela. O que seria então? Talvez o PVC... (ver comentário de ACMQ)

Falhou... Note-se, também, a complexidade deste projeto da Raquel, Priscila, Juliano e Eduardo. Um tubo de PVC é posto em movimento de vai-e-vem dado por uma manivela na extremidade direita e atritado com algodão dentro de um tubo de alumínio (centro-esquerda). Um anel com tachinhas recolhia a carga acumulada no cano e levava para uma garrafa de Leyden, cujo outro terminal ficava em contato com o alumínio que envolvia o algodão. O objetivo era produzir uma faísca entre os fios no centro, mas nem sequer conseguimos carregar a garrafa... Verificamos o isolamento e estava tudo OK. O problema talvez estivesse no material (PVC), e nas pontas nos fios.(ver comentário de ACMQ)

Falhou... O objetivo da Camila, Débora (a doida), Érika, Karlen e Lívia G. era demonstrar uma série triboéltrica usando alguns materias cotidianos tal como papel, couro, etc.. A idéia do eletroscópio era muito boa, mas ficou muito pesado para ser sensível às cargas obtidas por atrito: usaram fios metálicos finos e bolinha de isopor pintado com nanquim, tudo dentro de uma garrafa pet. A diferença para os eletrocópios comuns era que neste os pêndulos eram separados, podendo ser eletrizados com cargas opostas. (ver comentário de ACMQ)

Em Campinas a turma não estava muito acostumada com projetos de Física, e ficaram um pouco tímidos para a consecução dos objetivos... Um grupo apenas apostou desde o princípio na idéia, mas...

Falhou... A Ana, Jaqueline, Talita e a Débora até que tentaram, e com muito estilo, construir o dobrador de Bennet, com o material exato que lemos nos textos (ver Teoria). Mas algo não deu certo... Só pudemos colocar a culpa na umidade do ambiente.(ver comentário de ACMQ)

Teoria | Programação de Aula 

Fórum - Comentários dos leitores:

• "Prezado professor,
  Sou aluno do último semestre de licenciatura em física e tive a oportunidade de encontrar seu site na web.Inicialmente fiquei surpreso pelos resultados negativos relatados referentes aos experimentos com eletrostática, pois tenhjo realizado demonstrações e experimentos em minhas aulas sem nenhum problema apesar do clima desfavorável que temos no Rio grande do Sul. De fato, como já comentado pelo professor A. Carlos, as condições de umidade são importantes e devem ser consideradas quando da decisão de uma aula prática (laboratório) pois podem significar a diferença entre o exito ou não de um experimento. Mas isto de forma alguma significa que seja difícil! Penso que dificilmente algum experimento ou demonstração pode ser mais interessante! Convido-o a visitar meu site e em especial [esta] pagina aonde comento alguma experiência com alunos do ensino fundamental. De toda a maneira parabenizo-o pela iniciativa, que certamente é importante e serve como balizadora para novas propostas de ensino de física. um abraço.
  Luiz Alberto Feijó Jr. ".
  
  
  • Olá, Luiz! Visitei o seu site rapidamente por enquanto mas pretendo visitá-lo com mais calma mais tarde.
    Sobre os experimentos de eletrostática, percebi pelas fotos que você utiliza aparatos bem complexos; no entanto, os experimentos que propus a minha turma deveriam ser totalmente feitos por eles mesmos com sucata... Eu apenas orientei, mas não poderia ter feito nada melhor do que ele apresentaram. O dobrador de Benet, por exemplo, estava aparentemente conforme as instruções do site do Prof. A. Carlos, mas não funcionou. Como você deve ter visto no site, alguns outros projetos funcionaram bem, como a garrafa de Leyden e a máquina de atrito. Tenho trabalhado com experimentos mais simples de eletrostática (veja por exemplo, este meu vídeo), como eletrização de placas de papel alumínio por atrito, contato e indução; mas mesmo nesses experimentos nem todos os grupos da classe conseguem fazer os pêndulos eletrostáticos se repelirem ou se atraírem. Pretendo abordar novamente os experimentos mais complexos nas aulas do ano que vem, pois a eletrostática é vista, por enquanto, em forma de “cursinho pré-vestibular”, o que impede técnicas metodológicas com bases construtivistas como as que adoto.
    Certamente o seu site vem complementar em muito as minhas atividades em sala de aula.
    Muito obrigado e até mais! - Física Real.

• "Caro Prof. Flávio:
  Achei sua página em: Atividades de Física / Máquinas Eletrostáticas. Os experimentos são intessantes. Notei a referência ao dobrador de Bennet feito de acôrdo com as instruções no meu "site". Posso fazer alguns comentários sobre os experimentos:
  
  
  • "O motivo de toda essa frustação é simples: experimentos de eletrostática são muito difíceis de se construir e de se testar."
    O motivo principal, de longe, é a umidade do ar. É necessário operar em ambiente seco, ou ao menos secar bem os materiais com um secador de cabelo. Se a umidade relativa estiver acima de 80%, nada funciona. Outro motivo é se pensar que materais como vidro comum e até madeira são bons isolantes. Não são. Fique com acrílico, polietileno, e até parafina, e tudo funciona.
    
    
  • "Com um alfinete no topo do 'prédio', demonstrava-se que ele descarregava ou carragava-se sem contato, apenas aproximando-se um objeto (carregado ou não, dependendo do caso), do alfinete."
    Pára-raios não funcionam bem assim. Uma ponta, ou mesmo muitas, não tem a capacidade de descarregar uma nuvem típica, especialmente a longa distância. Se o raio for cair, ele vai cair mesmo, e aí a função do pára-raios é rotear a corrente seguramente para o solo. Em pequena escala, a descarga por corona parece funcionar, mas em grande escala isto não dá certo (embora existam fabricantes de pára-raios "especiais" que dizem que eles operam assim, isto nunca foi comprovado).
    
    
  • "A idéia da máquina é simples: um disco de vinil, girado por um motor elétrico, atrita-se com pedaços de couro. Os terminais da garrafa de Leyden são ligados no couro e no vinil, neste último através de um fio de cobre que atritava com o vinil."
    Um excelente projeto. Para receber um bom choque da garrafa, e a que se vê parece suficiente para um, tem que estar tudo muito seco e limpo. Uma faísca de 10 cm é improvável, mas não impossível.
    
    
  • "Para carregá-la tentaram usar um eletróforo e discos de vinil atritados com papel"
    Umidade é crítica de novo. A placa do eletróforo deve ser plana e sem bordas afiadas, o que parece não ser o caso. O cabo isolante tem que ser bem isolante. É fácil ver se o eletróforo está funcionando. Ocorrem faíscas claramente visíveis quando ele é carregado, e mais ainda quando é descarregado. Sem faíscas, nada feito. Uma placa de isopor esfregada no cabelo se eletriza fortemente. Talvez melhor que discos.
    
    
  • "...encaparam o pneu traseiro de uma bicicleta (do Alexandre) com uma tira de PVC (recortada de um cano de água), e construíram uma garrafa de Leyden"
    A borracha da roda é um mau isolante, e PVC só se eletriza se estiver muito seco. Mas com a roda por baixo, a tensão não fica alta devido ao capacitor formado entre a superfície do PVC e a roda parcialmente condutiva. O truque de uma máquina de atrito é mover a parte atritada para longe de qualquer estrutura aterrada. Aí a tensão aumenta muito.
    
    
  • "O objetivo era produzir uma faísca entre os fios no centro, mas nem sequer conseguimos carregar a garrafa..."
    Se estou vendo direito, os dois fios estão torcidos um com o outro. A isolação de um fio normal não é suficiente para eletrostática. Os fios estão pondo a máquina em curto. E de novo, PVC e umidade.
    
    
  • "A idéia do eletroscópio era muito boa, mas ficou muito pesado para ser sensível às cargas obtidas por atrito"
    Concordo. Use bolinhas de 5 mm, e linha para segurá-las (enfie a linha em um buraquinho nas bolas e cole com cola de isopor. Se usar fios, tem que ser um fio bem fino, quase um cabelo. Uma haste fina de vassoura de piaçava funciona bem também. É muito leve e conduz o suficiente.
    
    
  • "...construir o dobrador de Bennet, com o material exato que lemos nos textos (ver Teoria). Mas algo não deu certo..."
    Com um monte de gente à volta o problema de umidade foi certamente sério. A base não seria um copo de vidro (mau isolante), seria? Um dobrador daquele tamanho deveria produzir faíscas bem visíveis após uns 7 a 20 ciclos. Prefiro até fazer o dobrador com placas de madeira. Assim dá para precarregar o dobrador esfregando a placa central na inferior. É uma das mais intrigantes e desconhecidas máquinas eletrostáticas, e funciona bem se operado corretamente.
  
  Um recurso interessante para achar experimentos clássicos, é: http://cnum.cnam.fr/. Há lá vários livros clássicos de eletricidade do século XVIII disponíveis, em francês.
  Siga com o bom trabalho, Antônio Carlos M. de Queiroz - UFRJ".
  
  
  • Temos somente a agradecer a tal colaboração vinda de alguém que realmente sabe do que está falando, haja visto toda a experiência acumulada pelo Prof. Antônio Carlos M. Queiroz (clique para ir ao seu site). Estamos certos de que isto não será útil apenas para nós, mas também para todos aqueles professores (de Ensino Médio, principalmente), que buscam um ensino mais significativo para seus alunos, objetivando a verdadeira educação de nossos jovens. - Física Real.

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