Experimento Virtual Interativo sobre Choques e Eletricidade Estática - John Travoltagem

EXPERIMENTO Nº 1 Compreendendo choques e Eletricidade Estática Chamase de choque elétrico a sensação de uma corrente elétrica que passa através do corpo humano Este tipo de choque dependendo da intensidade da corrente pode ser fatal Entretanto todosas já tivemos a sensação desagradável de levar um choque de outrem ou escutar a frase Aí Você me deu choque Ou seja temos a sensação do choque simplesmente por encostar em outras pessoas ou objetos sem que estes estejam ligados à corrente elétrica Claro que nestes casos o choque elétrico é de baixa intensidade causandonos um desconforto o qual parece ser maior porque somos pegos desprevenidosas Experimento 1 Instruções Acesse o simulador virtual Jhon Travoltagem por meio do seguinte link httpsphetcoloradoedusimshtmljohntravoltagelatestjohntravoltageenhtml Em seguida siga os comandos abaixo para realizar a simulação COMANDO 1 Com o auxílio do botão esquerdo do mouse selecione o pé do personagem e o friccione no tapete sobre o qual ele está Observe o fenômeno produzido e tome nota das suas percepções repita quantas vezes você achar necessário Ao finalizar clique no botão alaranjado que contém uma seta circular localizado no canto inferior direito para resetar a simulação COMANDO 2 Agora com o auxílio do botão esquerdo do mouse selecione a mão do personagem e a coloque sobre a maçaneta da porta Repita o movimento de fricção do pé do personagem no tapete sobre o qual ele está Observe o fenômeno produzido e tome nota das suas percepções Ao finalizar clique no botão alaranjado que contém uma seta circular localizado no canto inferior direito para resetar a simulação COMANDO 3 Direcione a mão do personagem até que o seu dedo indicador esteja apontando para a árvore na tela Uma vez mais friccione o pé do personagem no tapete sobre o qual ele está Observe o fenômeno produzido e tome nota das percepções Experimento 1 Questionário E1Q1 Ao executar os Comandos 1 e 2 o choque elétrico foi produzido Descreva com suas palavras o fenômeno observado E1Q2 Baseandose no resultado das simulações e no conteúdo explorado durante as primeiras unidades desta disciplina elabore um texto detalhado explicando o fenômeno do choque elétrico ocorrido Identifique e explique todos os conceitos físicos envolvidos e como eles estão correlacionados neste experimento caso utilize fontes bibliográficas referencieas no final da sua resposta E1Q3 Ao executar o Comando 3 não foi possível observar o choque elétrico Qual o motivo da não observação do fenômeno E1Q4 Ainda em relação ao Comando 3 qual o estado de eletrização do corpo do personagem após a execução do comando Por que ele se encontra neste estado e quais os motivos físicos o levaram à esta condição final E1Q5 Pesquise e responda existe alguma relação entre este tipo de choque elétrico e as condições de umidade do ar do ambiente Em caso afirmativo qual é esta relação e como ela influencia a produção deste fenômeno Caso utilize fontes bibliográficas referencieas no final da sua resposta EXPERIMENTO Nº 2 Construção de Circuitos Resistivos Independente da sua especialidade osas profissionais de engenharia lidam mesmo que intuitivamente com circuitos elétricos que lhes permitem desde a utilização de computadores para elaboração de projetos e o trabalho diário até o fornecimento de energia para o funcionamento de uma grua dentro do canteiro de obras ou o acionamento da linha de produção Apesar de ficar à encargo doa engenheiroa eletricista o dimensionamento perfeito de circuitos elétricos das mais diversas complexidades a compreensão do funcionamento destes elementos é de praxe e deve ser comum a todosas osas profissionais de engenharia Experimento 2 Instruções Acesse o simulador virtual Circuit Construction Kit DC por meio do seguinte link httpsphetcoloradoeduensimulationcircuitconstructionkitdc Em seguida selecione a opção Lab e siga os comandos abaixo para realizar a simulação COMANDO 1 Com auxílio do simulador construa o seguinte circuito COMANDO 2 Inicialmente a bateria e os resistores precisam ter as mesmas configurações dos elementos da figura acima Para mudar o valor de qualquer um destes elementos dê dois cliques rápidos com o botão esquerdo do mouse em cima do elemento Uma caixa se abrirá na parte inferior da sua tela permitindo que você varie os valores a cada 05 unidade como demonstra a figura abaixo Experimento 2 Questionário E2Q1 Feche a chave do circuito Deixe a opção Show Current ligada em electrons Observe o que acontece em relação ao sentido da corrente Em seguida selecione em Show Current a opção Conventional Uma vez mais observe o sentindo da corrente No primeiro caso qual era o sentido da corrente no circuito E no segundo Explique por que existe essa diferença E2Q2 Feche a chave do circuito A partir da tensão inicial de 125 V da bateria varie a tensão de acordo com o quadro abaixo e tome note dos valores da corrente elétrica medidos pelo amperímetro Agora construa um gráfico cujos valores de corrente estejam no eixo das abscissas e os valores de tensão no eixo das ordenadas A tangente do ângulo formado entre o eixo das abscissas e o gráfico representa fisicamente qual elemento do circuito e qual o seu valor Estes resistores são ôhmicos Em caso afirmativo como você comprova este fato experimentalmente E2Q3 Existe um valor de tensão da bateria para o qual ela queima Qual é este valor Demonstreo por meio de um print da tela do simulador e responda por que isto acontece Qualis as medidas você tomaria para que isso não acontecesse E2Q4 É possível calcular uma Resistência Equivalente para este circuito Em caso afirmativo calculea Apresente todos os cálculos e ilustre esse circuito até chegar na resistência equivalente utilize o simulador para isso e caso não seja possível colocar o número exato da resistência utilize um valor aproximado EXPERIMENTO Nº 3 Mudança de Estado Físico da Matéria Um dos principais ramos da física e da engenharia é a termodinâmica o estudo das leis que regem a relação entre calor e outras formas de energia Um dos conceitos centrais da termodinâmica é o de temperatura Desde a infância temos um conhecimento prático dos conceitos de temperatura e energia térmica Os exemplos de aplicação da termodinâmica na ciência e na tecnologia são inúmeros Engenheirosas automotivos se preocupam com o superaquecimento dos motores especialmente nos carros de corrida Até quando preparamos a nossa xícara de café pela manhã existe termodinâmica Experimento 3 Instruções Acesse o simulador virtual Formas de Energia e Transformação por meio do seguinte link httpsphetcoloradoeduptBRsimulationenergyformsand changes Em seguida selecione a opção Introdução e siga os comandos abaixo para realizar a simulação COMANDO 1 Com auxílio do seu mouse coloque o recipiente que contém a água em cima de um dos aquecedores Em seguida ainda com o auxílio do mouse selecione o termômetro localizado no canto superior esquerdo e o coloque dentro do recipiente em contato com a água Selecione no canto superior direito a opção Símbolos de Energia O próximo passo é empurrar o medidor do balde que está embaixo do aquecedor para cima segurandoo na opção aquecer Mantenha esse procedimento até que a água comece a evaporar e observe o termômetro COMANDO 2 Com auxílio do seu mouse clique em reset Em seguida coloque o recipiente que contém a água no aquecedor da esquerda e o recipiente que contém azeite no aquecedor da direita Depois disso coloque um termômetro dentro de cada um dos recipientes Selecione no canto superior direito as opções Símbolos de Energia e Sincronizar Aquecedores Em seguida empurre o botão do balde para cima segurandoo na opção aquecer Mantenha esse procedimento até que você observe o azeite evaporar Preste atenção no desempenho do termômetro tanto para água quanto para o azeite Experimento 3 Questionário E3Q1 Em relação ao Comando 1 você observou um fenômeno de mudança de estado físico da matéria qual o nome deste fenômeno E3Q2 Em relação ao Comando 1 o que acontece com a velocidade de marcação do termômetro quando a água passa do estado líquido para o gasoso E3Q3 Para o Comando 1 qual o tipo de calor envolvido em dois momentos i antes da água evaporar e ii enquanto a água evapora E3Q4 A partir da resposta da questão E3Q3 volte a questão E3Q2 e responda como as duas respostas estão conectadas entre si E3Q5 Em relação ao Comando 2 qual dos dois líquidos muda primeiro do estado líquido para o gasoso Por que isso acontece E3Q6 Em relação ao Comando 2 quando estamos aquecendo as duas substâncias percebemos que o termômetro que está dentro do azeite mostra um aumento de temperatura muito mais rápido que o termômetro da água por que isto ocorre EXPERIMENTO Nº 1 Compreendendo choques e Eletricidade Estática Chamase de choque elétrico a sensação de uma corrente elétrica que passa através do corpo humano Este tipo de choque dependendo da intensidade da corrente pode ser fatal Entretanto todosas já tivemos a sensação desagradável de levar um choque de outrem ou escutar a frase Aí Você me deu choque Ou seja temos a sensação do choque simplesmente por encostar em outras pessoas ou objetos sem que estes estejam ligados à corrente elétrica Claro que nestes casos o choque elétrico é de baixa intensidade causando nos um desconforto o qual parece ser maior porque somos pegos desprevenidosas Experimento 1 Instruções Acesse o simulador virtual Jhon Travoltagem por meio do seguinte link httpsphetcoloradoedusimshtmljohntravoltagelatestjohntravoltageenhtml Em seguida siga os comandos abaixo para realizar a simulação COMANDO 1 Com o auxílio do botão esquerdo do mouse selecione o pé do personagem e o friccione no tapete sobre o qual ele está Observe o fenômeno produzido e tome nota das suas percepções repita quantas vezes você achar necessário Ao finalizar clique no botão alaranjado que contém uma seta circular localizado no canto inferior direito para resetar a simulação COMANDO 2 Agora com o auxílio do botão esquerdo do mouse selecione a mão do personagem e a coloque sobre a maçaneta da porta Repita o movimento de fricção do pé do personagem no tapete sobre o qual ele está Observe o fenômeno produzido e tome nota das suas percepções Ao finalizar clique no botão alaranjado que contém uma seta circular localizado no canto inferior direito para resetar a simulação COMANDO 3 Direcione a mão do personagem até que o seu dedo indicador esteja apontando para a árvore na tela Uma vez mais friccione o pé do personagem no tapete sobre o qual ele está Observe o fenômeno produzido e tome nota das percepções Experimento 1 Questionário E1Q1 Ao executar os Comandos 1 e 2 o choque elétrico foi produzido Descreva com suas palavras o fenômeno observado Nos comandos 1 e 2 o pé do personagem foi friccionado no tapete O atrito provocou o desprendimento de cargas elétricas que começaram a se dispersar sobre sua superfície corporal Em ambos os casos observouse o choque elétrico uma corrente elétrica foi estabelecida através de seu corpo passando pela mão por uma pequena barreira de ar e atingindo a maçaneta No caso 1 foi necessário acumular uma maior quantidade de carga elétrica para que a corrente fluísse através do corpo do personagem e maçaneta bom condutor elétrico levandose mais tempo atritando o pé no tapete No caso 2 menos atrito foi necessário para que choque fosse observado dada a proximidade da mão do personagem com o condutor E1Q2 Baseandose no resultado das simulações e no conteúdo explorado durante as primeiras unidades desta disciplina elabore um texto detalhado explicando o fenômeno do choque elétrico ocorrido Identifique e explique todos os conceitos físicos envolvidos e como eles estão correlacionados neste experimento caso utilize fontes bibliográficas referencieas no final da sua resposta De maneira geral o corpo humano é um bom condutor de eletricidade permitindo a movimentação de cargas elétricas De fato frequentemente estamos nos carregando e descarregando em nossas atividades diárias Muitas vezes nosso corpo fica tão eletrizado acumulando cargas que acaba descarregando essa energia tão logo se aproxima de um bom condutor 1 Isso de fato é o que analisamos nesta simulação virtual A fricção do pé do personagem no tapete provocou o desprendimento de cargas elétricas em um processo chamado de eletrização por atrito 2 Isso ocorre pois um material possui elétrons mais fracamente ligados enquanto o outro apresenta vacâncias suficientes em suas camadas eletrônicas exteriores criandose um desbalanço de cargas depois que os materiais são separados Qual tipo de carga adquirida dependerá da chamada série triboelétrica a qual aponta quais materiais têm mais tendência de ceder ou receber cargas positivas ou negativas Essas cargas elétricas começaram a se dispersar sobre a superfície corporal em decorrência de sua repulsão mútua buscando uma posição de equilíbrio Esse acúmulo de cargas em decorrência da eletrização descrita resulta na criação de uma considerável diferença de potencial elétrico 3 entre o corpo carregado e suas redondezas Se suficientemente grande essa diferença de potencial pode romper a resistência elétrica do ar Acumulandose carga suficiente e estando próximo de um condutor uma corrente elétrica pode ser observada pois criase um caminho favorável ao fluxo de elétrons Dessa forma o excesso de cargas transferese do corpo ao melhor condutor no caso a superfície metálica da maçaneta e o choque é observado Tal processo de descarregamento repentino cria uma visível e audível faísca através do ar entre o dedo e a maçaneta conforme observamos em nossa simulação 1 Lucas J 2015 What Is Static Electricity online livesciencecom Available at httpswwwlivesciencecom51656staticelectricityhtml Accessed 24 August 2022 2 Allen R 2000 Triboelectric Generation Getting Charged online Webarchiveorg Available at httpswebarchiveorgweb20061112054835httpwwwesdsystemscom whitepapers wpTribocharginghtml Accessed 24 August 2022 3 Halliday D Resnick R and Krane K 1992 Física 3 4th ed John Wiley Sons p62 E1Q3 Ao executar o Comando 3 não foi possível observar o choque elétrico Qual o motivo da não observação do fenômeno No caso 3 todas as partes do corpo do personagem estão distantes de condutores aterrados inclusive sua mão Apesar de o atrito de seu pé no tapete ter provocado o desprendimento de cargas tal distância física o tornou eletricamente isolado E1Q4 Ainda em relação ao Comando 3 qual o estado de eletrização do corpo do personagem após a execução do comando Por que ele se encontra neste estado e quais os motivos físicos o levaram à esta condição final Após a execução do comando o corpo do personagem encontrase eletrizado negativamente Devido a sua distância grande de outros condutores de eletricidade o excesso de carga não é descarregado o ar é um bom isolante e o corpo permanece eletrizado em decorrência do processo de fricção E1Q5 Pesquise e responda existe alguma relação entre este tipo de choque elétrico e as condições de umidade do ar do ambiente Em caso afirmativo qual é esta relação e como ela influencia a produção deste fenômeno Caso utilize fontes bibliográficas referencieas no final da sua resposta O choque elétrico é facilitado quando a umidade do ar é baixa em condições climáticas mais secas Isso ocorre pois a umidade do ar funciona como um condutor natural devido a maior concentração de moléculas de água neutralizando e aterrando qualquer excesso de carga eletrostática que possa eventualmente se acumular 1 1 Condaircom 2022 Why Does Low Humidity Cause Static Electricity Condair online httpswwwcondaircomhumidifiernewsblogoverviewwhydoeslowhumidity causestaticelectricity Accessed 23 August 2022 EXPERIMENTO Nº 2 Construção de Circuitos Resistivos Independente da sua especialidade osas profissionais de engenharia lidam mesmo que intuitivamente com circuitos elétricos que lhes permitem desde a utilização de computadores para elaboração de projetos e o trabalho diário até o fornecimento de energia para o funcionamento de uma grua dentro do canteiro de obras ou o acionamento da linha de produção Apesar de ficar à encargo doa engenheiroa eletricista o dimensionamento perfeito de circuitos elétricos das mais diversas complexidades a compreensão do funcionamento destes elementos é de praxe e deve ser comum a todosas osas profissionais de engenharia Experimento 2 Instruções Acesse o simulador virtual Circuit Construction Kit DC por meio do seguinte link httpsphetcoloradoeduensimulationcircuitconstructionkitdc Em seguida selecione a opção Lab e siga os comandos abaixo para realizar a simulação COMANDO 1 Com auxílio do simulador construa o seguinte circuito COMANDO 2 Inicialmente a bateria e os resistores precisam ter as mesmas configurações dos elementos da figura acima Para mudar o valor de qualquer um destes elementos dê dois cliques rápidos com o botão esquerdo do mouse em cima do elemento Uma caixa se abrirá na parte inferior da sua tela permitindo que você varie os valores a cada 05 unidade como demonstra a figura abaixo Experimento 2 Questionário E2Q1 Feche a chave do circuito Deixe a opção Show Current ligada em electrons Observe o que acontece em relação ao sentido da corrente Em seguida selecione em Show Current a opção Conventional Uma vez mais observe o sentindo da corrente No primeiro caso qual era o sentido da corrente no circuito E no segundo Explique por que existe essa diferença No primeiro caso o sentido real de movimento dos elétrons através do condutor acontece do polo negativo para o polo positivo No segundo caso temos o sentido convencional que é oposto ao sentido real de movimentação dos elétrons O sentido convencional corresponde ao sentido do campo elétrico no interior do condutor que vai do polo positivo para o negativo por isso a diferença nos dois conceitos definidos A figura abaixo ilustra explicitamente o sentido convencional FIG 1 Sentido convencional da corrente para o circuito estudado E2Q2 Feche a chave do circuito A partir da tensão inicial de 125 V da bateria varie a tensão de acordo com o quadro abaixo e tome note dos valores da corrente elétrica medidos pelo amperímetro Agora construa um gráfico cujos valores de corrente estejam no eixo das abscissas e os valores de tensão no eixo das ordenadas A tangente do ângulo formado entre o eixo das abscissas e o gráfico representa fisicamente qual elemento do circuito e qual o seu valor Estes resistores são ôhmicos Em caso afirmativo como você comprova este fato experimentalmente Os dados coletados estão organizados na tabela a seguir Tensão na Bateria V Corrente Elétrica A 125 246 25 492 375 739 50 985 625 1231 TAB 1 Tensão na bateria V e as correspondentes correntes elétricas A A partir dela construímos o seguinte gráfico que exibe a tensão na bateria V versus a corrente elétrica A observada FIG 2 Gráfico da tensão na bateria V e as correspondentes correntes elétricas A A linha reta ajusta os pontos da tabela Os resistores ôhmicos ou lineares são aqueles que obedecem a primeira lei de Ohm RVI A intensidade da corrente elétrica é diretamente proporcional a sua diferença de potencial Como os pontos observados são bem aproximados por uma linha reta fazendo uma regressão linear obtemos uma reta de declividade tan α508 V A 51 V A esses resistores podem ser considerados ôhmicos nesse regime analisado A declividade da reta que aproxima os pontos ou seja a tangente do ângulo entre a reta e o eixo das abscissas representa a resistência medida em Ohms Ω Mais precisamente tal valor corresponde à resistência equivalente de nosso circuito sendo estimado por Req 25V 125V 492 A246 A508Ω 51Ω E2Q3 Existe um valor de tensão da bateria para o qual ela queima Qual é este valor Demonstreo por meio de um print da tela do simulador e responda por que isto acontece Qualis as medidas você tomaria para que isso não acontecesse Quando atingimos a tensão de 762 V a bateria queima conforme a figura ilustra FIG 3 Ilustração da configuração para a qual se observa a bateria queimar Em linhas gerais uma bateria é uma fonte química de potencial elétrico Ela possui um valor nominal de potencial elétrico e permite o fluxo de uma quantidade máxima de corrente por unidade de tempo Acima de um certo valor ela pode queimar devido ao aquecimento gerado pela corrente elevada Para limitar a corrente elétrica é preciso que o circuito atravesse componentes que forneçam resistência à corrente Então para evitar isso aumentamos a resistência equivalente do circuito No nosso exemplo se aumentarmos o valor de R220 Ω para R230 Ω o circuito volta a operar normalmente conforme a figura abaixo mostra FIG 4 Ilustração de uma nova configuração que impede a bateria de queimar E2Q4 É possível calcular uma Resistência Equivalente para este circuito Em caso afirmativo calculea Apresente todos os cálculos e ilustre esse circuito até chegar na resistência equivalente utilize o simulador para isso e caso não seja possível colocar o número exato da resistência utilize um valor aproximado O circuito original é exibido abaixo FIG 5 Circuito original estudado Note que os resistores R110 Ω R330Ω e R440 Ω estão em série Logo estes são equivalentes a R134R1R3R480Ω Então obtemos a seguinte simplificação ilustrada a seguir FIG 6 Resistência equivalente R13480 Ω A seguir note que R550 Ω e R13480 Ω estão em paralelo Logo estes são equivalentes a R1345 e obtemos a seguinte simplificação FIG 7 Resistência equivalente R134531Ω Finalmente a resistência equivalente do circuito tornase ReqR12345R2R134520Ω31Ω51Ω com a seguinte representação FIG 8 Resistência equivalente ReqR1234551Ω Note que esse resultado está de acordo com o valor precisamente calculado em nossa análise gráfica EXPERIMENTO Nº 3 Mudança de Estado Físico da Matéria Um dos principais ramos da física e da engenharia é a termodinâmica o estudo das leis que regem a relação entre calor e outras formas de energia Um dos conceitos centrais da termodinâmica é o de temperatura Desde a infância temos um conhecimento prático dos conceitos de temperatura e energia térmica Os exemplos de aplicação da termodinâmica na ciência e na tecnologia são inúmeros Engenheirosas automotivos se preocupam com o superaquecimento dos motores especialmente nos carros de corrida Até quando preparamos a nossa xícara de café pela manhã existe termodinâmica Experimento 3 Instruções Acesse o simulador virtual Formas de Energia e Transformação por meio do seguinte link httpsphetcoloradoeduptBRsimulationenergyformsandchanges Em seguida selecione a opção Introdução e siga os comandos abaixo para realizar a simulação COMANDO 1 Com auxílio do seu mouse coloque o recipiente que contém a água em cima de um dos aquecedores Em seguida ainda com o auxílio do mouse selecione o termômetro localizado no canto superior esquerdo e o coloque dentro do recipiente em contato com a água Selecione no canto superior direito a opção Símbolos de Energia O próximo passo é empurrar o medidor do balde que está embaixo do aquecedor para cima segurandoo na opção aquecer Mantenha esse procedimento até que a água comece a evaporar e observe o termômetro COMANDO 2 Com auxílio do seu mouse clique em reset Em seguida coloque o recipiente que contém a água no aquecedor da esquerda e o recipiente que contém azeite no aquecedor da direita Depois disso coloque um termômetro dentro de cada um dos recipientes Selecione no canto superior direito as opções Símbolos de Energia e Sincronizar Aquecedores Em seguida empurre o botão do balde para cima segurandoo na opção aquecer Mantenha esse procedimento até que você observe o azeite evaporar Preste atenção no desempenho do termômetro tanto para água quanto para o azeite Experimento 3 Questionário E3Q1 Em relação ao Comando 1 você observou um fenômeno de mudança de estado físico da matéria qual o nome deste fenômeno Para o Comando 1 observamos o fenômeno de ebulição que é a mudança do estado líquido para o estado gasoso da matéria E3Q2 Em relação ao Comando 1 o que acontece com a velocidade de marcação do termômetro quando a água passa do estado líquido para o gasoso Quando a água está passando do estado líquido para o gasoso a marcação do termômetro não se move portanto a velocidade da marcação é zero Antes disso a marcação sobe enquanto a água líquida é aquecida E3Q3 Para o Comando 1 qual o tipo de calor envolvido em dois momentos i antes da água evaporar e ii enquanto a água evapora i Antes de a água evaporar temos o calor sensível ii Enquanto a água evapora temos o calor latente E3Q4 A partir da resposta da questão E3Q3 volte a questão E3Q2 e responda como as duas respostas estão conectadas entre si Antes de a água evaporar o calor sensível transferido à água aumenta sua temperatura fazendo a marcação do termômetro subir Enquanto está evaporando o calor latente transferido à água promove sua mudança de fase sem variar a temperatura e a marcação fica parada E3Q5 Em relação ao Comando 2 qual dos dois líquidos muda primeiro do estado líquido para o gasoso Por que isso acontece Observandose o Comando 2 a água muda primeiro do estado líquido para o gasoso Isso acontece pois a temperatura de ebulição da água é menor do que a do azeite E3Q6 Em relação ao Comando 2 quando estamos aquecendo as duas substâncias percebemos que o termômetro que está dentro do azeite mostra um aumento de temperatura muito mais rápido que o termômetro da água por que isto ocorre Essa mudança mais rápida de temperatura do azeite ocorre pois seu calor específico é menor do que o da água Portanto se a mesma energia por unidade de massa é fornecida a ambos os sistemas o azeite terá uma maior variação de temperatura em decorrência de seu menor calor específico EXPERIMENTO Nº 1 Compreendendo choques e Eletricidade Estática Chamase de choque elétrico a sensação de uma corrente elétrica que passa através do corpo humano Este tipo de choque dependendo da intensidade da corrente pode ser fatal Entretanto todosas já tivemos a sensação desagradável de levar um choque de outrem ou escutar a frase Aí Você me deu choque Ou seja temos a sensação do choque simplesmente por encostar em outras pessoas ou objetos sem que estes estejam ligados à corrente elétrica Claro que nestes casos o choque elétrico é de baixa intensidade causandonos um desconforto o qual parece ser maior porque somos pegos desprevenidosas Experimento 1 Instruções Acesse o simulador virtual Jhon Travoltagem por meio do seguinte link httpsphetcoloradoedusimshtmljohntravoltagelatestjohntravoltageenhtml Em seguida siga os comandos abaixo para realizar a simulação COMANDO 1 Com o auxílio do botão esquerdo do mouse selecione o pé do personagem e o friccione no tapete sobre o qual ele está Observe o fenômeno produzido e tome nota das suas percepções repita quantas vezes você achar necessário Ao finalizar clique no botão alaranjado que contém uma seta circular localizado no canto inferior direito para resetar a simulação COMANDO 2 Agora com o auxílio do botão esquerdo do mouse selecione a mão do personagem e a coloque sobre a maçaneta da porta Repita o movimento de fricção do pé do personagem no tapete sobre o qual ele está Observe o fenômeno produzido e tome nota das suas percepções Ao finalizar clique no botão alaranjado que contém uma seta circular localizado no canto inferior direito para resetar a simulação COMANDO 3 Direcione a mão do personagem até que o seu dedo indicador esteja apontando para a árvore na tela Uma vez mais friccione o pé do personagem no tapete sobre o qual ele está Observe o fenômeno produzido e tome nota das percepções Experimento 1 Questionário E1Q1 Ao executar os Comandos 1 e 2 o choque elétrico foi produzido Descreva com suas palavras o fenômeno observado Nos comandos 1 e 2 o pé do personagem foi friccionado no tapete O atrito provocou o desprendimento de cargas elétricas que começaram a se dispersar sobre sua superfície corporal Em ambos os casos observouse o choque elétrico uma corrente elétrica foi estabelecida através de seu corpo passando pela mão por uma pequena barreira de ar e atingindo a maçaneta No caso 1 foi necessário acumular uma maior quantidade de carga elétrica para que a corrente fluísse através do corpo do personagem e maçaneta bom condutor elétrico levandose mais tempo atritando o pé no tapete No caso 2 menos atrito foi necessário para que choque fosse observado dada a proximidade da mão do personagem com o condutor E1Q2 Baseandose no resultado das simulações e no conteúdo explorado durante as primeiras unidades desta disciplina elabore um texto detalhado explicando o fenômeno do choque elétrico ocorrido Identifique e explique todos os conceitos físicos envolvidos e como eles estão correlacionados neste experimento caso utilize fontes bibliográficas referencieas no final da sua resposta De maneira geral o corpo humano é um bom condutor de eletricidade permitindo a movimentação de cargas elétricas De fato frequentemente estamos nos carregando e descarregando em nossas atividades diárias Muitas vezes nosso corpo fica tão eletrizado acumulando cargas que acaba descarregando essa energia tão logo se aproxima de um bom condutor 1 Isso de fato é o que analisamos nesta simulação virtual A fricção do pé do personagem no tapete provocou o desprendimento de cargas elétricas em um processo chamado de eletrização por atrito 2 Isso ocorre pois um material possui elétrons mais fracamente ligados enquanto o outro apresenta vacâncias suficientes em suas camadas eletrônicas exteriores criandose um desbalanço de cargas depois que os materiais são separados Qual tipo de carga adquirida dependerá da chamada série triboelétrica a qual aponta quais materiais têm mais tendência de ceder ou receber cargas positivas ou negativas Essas cargas elétricas começaram a se dispersar sobre a superfície corporal em decorrência de sua repulsão mútua buscando uma posição de equilíbrio Esse acúmulo de cargas em decorrência da eletrização descrita resulta na criação de uma considerável diferença de potencial elétrico 3 entre o corpo carregado e suas redondezas Se suficientemente grande essa diferença de potencial pode romper a resistência elétrica do ar Acumulandose carga suficiente e estando próximo de um condutor uma corrente elétrica pode ser observada pois criase um caminho favorável ao fluxo de elétrons Dessa forma o excesso de cargas transferese do corpo ao melhor condutor no caso a superfície metálica da maçaneta e o choque é observado Tal processo de descarregamento repentino cria uma visível e audível faísca através do ar entre o dedo e a maçaneta conforme observamos em nossa simulação 1 Lucas J 2015 What Is Static Electricity online livesciencecom Available at httpswwwlivesciencecom51656staticelectricityhtml Accessed 24 August 2022 2 Allen R 2000 Triboelectric Generation Getting Charged online Webarchiveorg Available at httpswebarchiveorgweb20061112054835httpwwwesdsystemscomwhitepapers wpTribocharginghtml Accessed 24 August 2022 3 Halliday D Resnick R and Krane K 1992 Física 3 4th ed John Wiley Sons p62 E1Q3 Ao executar o Comando 3 não foi possível observar o choque elétrico Qual o motivo da não observação do fenômeno No caso 3 todas as partes do corpo do personagem estão distantes de condutores aterrados inclusive sua mão Apesar de o atrito de seu pé no tapete ter provocado o desprendimento de cargas tal distância física o tornou eletricamente isolado E1Q4 Ainda em relação ao Comando 3 qual o estado de eletrização do corpo do personagem após a execução do comando Por que ele se encontra neste estado e quais os motivos físicos o levaram à esta condição final Após a execução do comando o corpo do personagem encontrase eletrizado negativamente Devido a sua distância grande de outros condutores de eletricidade o excesso de carga não é descarregado o ar é um bom isolante e o corpo permanece eletrizado em decorrência do processo de fricção E1Q5 Pesquise e responda existe alguma relação entre este tipo de choque elétrico e as condições de umidade do ar do ambiente Em caso afirmativo qual é esta relação e como ela influencia a produção deste fenômeno Caso utilize fontes bibliográficas referencieas no final da sua resposta O choque elétrico é facilitado quando a umidade do ar é baixa em condições climáticas mais secas Isso ocorre pois a umidade do ar funciona como um condutor natural devido a maior concentração de moléculas de água neutralizando e aterrando qualquer excesso de carga eletrostática que possa eventualmente se acumular 1 1 Condaircom 2022 Why Does Low Humidity Cause Static Electricity Condair online httpswwwcondaircomhumidifiernewsblogoverviewwhydoeslowhumiditycause staticelectricity Accessed 23 August 2022 EXPERIMENTO Nº 2 Construção de Circuitos Resistivos Independente da sua especialidade osas profissionais de engenharia lidam mesmo que intuitivamente com circuitos elétricos que lhes permitem desde a utilização de computadores para elaboração de projetos e o trabalho diário até o fornecimento de energia para o funcionamento de uma grua dentro do canteiro de obras ou o acionamento da linha de produção Apesar de ficar à encargo doa engenheiroa eletricista o dimensionamento perfeito de circuitos elétricos das mais diversas complexidades a compreensão do funcionamento destes elementos é de praxe e deve ser comum a todosas osas profissionais de engenharia Experimento 2 Instruções Acesse o simulador virtual Circuit Construction Kit DC por meio do seguinte link httpsphetcoloradoeduensimulationcircuitconstructionkitdc Em seguida selecione a opção Lab e siga os comandos abaixo para realizar a simulação COMANDO 1 Com auxílio do simulador construa o seguinte circuito COMANDO 2 Inicialmente a bateria e os resistores precisam ter as mesmas configurações dos elementos da figura acima Para mudar o valor de qualquer um destes elementos dê dois cliques rápidos com o botão esquerdo do mouse em cima do elemento Uma caixa se abrirá na parte inferior da sua tela permitindo que você varie os valores a cada 05 unidade como demonstra a figura abaixo Experimento 2 Questionário E2Q1 Feche a chave do circuito Deixe a opção Show Current ligada em electrons Observe o que acontece em relação ao sentido da corrente Em seguida selecione em Show Current a opção Conventional Uma vez mais observe o sentindo da corrente No primeiro caso qual era o sentido da corrente no circuito E no segundo Explique por que existe essa diferença No primeiro caso o sentido real de movimento dos elétrons através do condutor acontece do polo negativo para o polo positivo No segundo caso temos o sentido convencional que é oposto ao sentido real de movimentação dos elétrons O sentido convencional corresponde ao sentido do campo elétrico no interior do condutor que vai do polo positivo para o negativo por isso a diferença nos dois conceitos definidos A figura abaixo ilustra explicitamente o sentido convencional FIG 1 Sentido convencional da corrente para o circuito estudado E2Q2 Feche a chave do circuito A partir da tensão inicial de 125 V da bateria varie a tensão de acordo com o quadro abaixo e tome note dos valores da corrente elétrica medidos pelo amperímetro Agora construa um gráfico cujos valores de corrente estejam no eixo das abscissas e os valores de tensão no eixo das ordenadas A tangente do ângulo formado entre o eixo das abscissas e o gráfico representa fisicamente qual elemento do circuito e qual o seu valor Estes resistores são ôhmicos Em caso afirmativo como você comprova este fato experimentalmente Os dados coletados estão organizados na tabela a seguir Tensão na Bateria V Corrente Elétrica A 125 246 25 492 375 739 50 985 625 1231 TAB 1 Tensão na bateria V e as correspondentes correntes elétricas A A partir dela construímos o seguinte gráfico que exibe a tensão na bateria V versus a corrente elétrica A observada FIG 2 Gráfico da tensão na bateria V e as correspondentes correntes elétricas A A linha reta ajusta os pontos da tabela Os resistores ôhmicos ou lineares são aqueles que obedecem a primeira lei de Ohm RVI A intensidade da corrente elétrica é diretamente proporcional a sua diferença de potencial Como os pontos observados são bem aproximados por uma linha reta fazendo uma regressão linear obtemos uma reta de declividade esses 𝑡𝑎𝑛 α 5 08 𝑉 𝐴 5 1 𝑉 𝐴 resistores podem ser considerados ôhmicos nesse regime analisado A declividade da reta que aproxima os pontos ou seja a tangente do ângulo entre a reta e o eixo das abscissas representa a resistência medida em Ohms Mais precisamente tal valor corresponde à Ω resistência equivalente de nosso circuito sendo estimado por 𝑅𝑒𝑞 25 𝑉 125 𝑉 492 𝐴246 𝐴 5 08 Ω 5 1 Ω E2Q3 Existe um valor de tensão da bateria para o qual ela queima Qual é este valor Demonstreo por meio de um print da tela do simulador e responda por que isto acontece Qualis as medidas você tomaria para que isso não acontecesse Quando atingimos a tensão de 762 V a bateria queima conforme a figura ilustra FIG 3 Ilustração da configuração para a qual se observa a bateria queimar Em linhas gerais uma bateria é uma fonte química de potencial elétrico Ela possui um valor nominal de potencial elétrico e permite o fluxo de uma quantidade máxima de corrente por unidade de tempo Acima de um certo valor ela pode queimar devido ao aquecimento gerado pela corrente elevada Para limitar a corrente elétrica é preciso que o circuito atravesse componentes que forneçam resistência à corrente Então para evitar isso aumentamos a resistência equivalente do circuito No nosso exemplo se aumentarmos o valor de para o circuito volta a operar normalmente conforme a 𝑅2 2 0 Ω 𝑅2 3 0 Ω figura abaixo mostra FIG 4 Ilustração de uma nova configuração que impede a bateria de queimar E2Q4 É possível calcular uma Resistência Equivalente para este circuito Em caso afirmativo calculea Apresente todos os cálculos e ilustre esse circuito até chegar na resistência equivalente utilize o simulador para isso e caso não seja possível colocar o número exato da resistência utilize um valor aproximado O circuito original é exibido abaixo FIG 5 Circuito original estudado Note que os resistores e estão em série Logo estes são 𝑅1 1 0 Ω 𝑅3 3 0 Ω 𝑅4 4 0 Ω equivalentes a 𝑅134 𝑅1 𝑅3 𝑅4 8 0 Ω Então obtemos a seguinte simplificação ilustrada a seguir FIG 6 Resistência equivalente 𝑅134 8 0 Ω A seguir note que e estão em paralelo Logo estes são 𝑅5 5 0 Ω 𝑅134 8 0 Ω equivalentes a 𝑅1345 1 𝑅5 1 𝑅134 1 3 08 Ω 3 1 Ω e obtemos a seguinte simplificação FIG 7 Resistência equivalente 𝑅1345 3 1 Ω Finalmente a resistência equivalente do circuito tornase 𝑅𝑒𝑞 𝑅12345 𝑅2 𝑅1345 2 0 Ω 3 1 Ω 5 1 Ω com a seguinte representação FIG 8 Resistência equivalente 𝑅𝑒𝑞 𝑅12345 5 1 Ω Note que esse resultado está de acordo com o valor precisamente calculado em nossa análise gráfica EXPERIMENTO Nº 3 Mudança de Estado Físico da Matéria Um dos principais ramos da física e da engenharia é a termodinâmica o estudo das leis que regem a relação entre calor e outras formas de energia Um dos conceitos centrais da termodinâmica é o de temperatura Desde a infância temos um conhecimento prático dos conceitos de temperatura e energia térmica Os exemplos de aplicação da termodinâmica na ciência e na tecnologia são inúmeros Engenheirosas automotivos se preocupam com o superaquecimento dos motores especialmente nos carros de corrida Até quando preparamos a nossa xícara de café pela manhã existe termodinâmica Experimento 3 Instruções Acesse o simulador virtual Formas de Energia e Transformação por meio do seguinte link httpsphetcoloradoeduptBRsimulationenergyformsandchanges Em seguida selecione a opção Introdução e siga os comandos abaixo para realizar a simulação COMANDO 1 Com auxílio do seu mouse coloque o recipiente que contém a água em cima de um dos aquecedores Em seguida ainda com o auxílio do mouse selecione o termômetro localizado no canto superior esquerdo e o coloque dentro do recipiente em contato com a água Selecione no canto superior direito a opção Símbolos de Energia O próximo passo é empurrar o medidor do balde que está embaixo do aquecedor para cima segurandoo na opção aquecer Mantenha esse procedimento até que a água comece a evaporar e observe o termômetro COMANDO 2 Com auxílio do seu mouse clique em reset Em seguida coloque o recipiente que contém a água no aquecedor da esquerda e o recipiente que contém azeite no aquecedor da direita Depois disso coloque um termômetro dentro de cada um dos recipientes Selecione no canto superior direito as opções Símbolos de Energia e Sincronizar Aquecedores Em seguida empurre o botão do balde para cima segurandoo na opção aquecer Mantenha esse procedimento até que você observe o azeite evaporar Preste atenção no desempenho do termômetro tanto para água quanto para o azeite Experimento 3 Questionário E3Q1 Em relação ao Comando 1 você observou um fenômeno de mudança de estado físico da matéria qual o nome deste fenômeno Para o Comando 1 observamos o fenômeno de ebulição que é a mudança do estado líquido para o estado gasoso da matéria E3Q2 Em relação ao Comando 1 o que acontece com a velocidade de marcação do termômetro quando a água passa do estado líquido para o gasoso Quando a água está passando do estado líquido para o gasoso a marcação do termômetro não se move portanto a velocidade da marcação é zero Antes disso a marcação sobe enquanto a água líquida é aquecida E3Q3 Para o Comando 1 qual o tipo de calor envolvido em dois momentos i antes da água evaporar e ii enquanto a água evapora i Antes de a água evaporar temos o calor sensível ii Enquanto a água evapora temos o calor latente E3Q4 A partir da resposta da questão E3Q3 volte a questão E3Q2 e responda como as duas respostas estão conectadas entre si Antes de a água evaporar o calor sensível transferido à água aumenta sua temperatura fazendo a marcação do termômetro subir Enquanto está evaporando o calor latente transferido à água promove sua mudança de fase sem variar a temperatura e a marcação fica parada E3Q5 Em relação ao Comando 2 qual dos dois líquidos muda primeiro do estado líquido para o gasoso Por que isso acontece Observandose o Comando 2 a água muda primeiro do estado líquido para o gasoso Isso acontece pois a temperatura de ebulição da água é menor do que a do azeite E3Q6 Em relação ao Comando 2 quando estamos aquecendo as duas substâncias percebemos que o termômetro que está dentro do azeite mostra um aumento de temperatura muito mais rápido que o termômetro da água por que isto ocorre Essa mudança mais rápida de temperatura do azeite ocorre pois seu calor específico é menor do que o da água Portanto se a mesma energia por unidade de massa é fornecida a ambos os sistemas o azeite terá uma maior variação de temperatura em decorrência de seu menor calor específico