ETAPA 1Aula-tema: Campo Eltrico. Lei de Gauss.

Essa atividade importante para compreender a ao e a distncia entre duas partculas sem haver uma ligao visvel entre elas e entender os efeitos dessa partcula sujeita a uma fora criada por um campo eltrico no espao que as cerca.

Para realiz-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOSPasso 1 (Aluno)Pesquisar em livros da rea, revistas e jornais, ou sites da internet, notcias que envolvem exploses de fbricas que tm produtos que geram ou so a base de p.

Sites sugeridos para pesquisa

Exploso De P Em Unidades Armazenadoras E Processadoras De Produtos Agrcolas

E Seus Derivados Estudo De Caso. 2005. Disponvel em:

.

Exploses. Disponvel em:

.

Atmosferas explosivas de ps: Todo cuidado pouco. Disponvel em:

.

Passo 2 (Equipe)Supor que o p (produto) de sua empresa esteja carregado negativamente e passando por um cano cilndrico de plstico de raio R= 5,0 cm e que as cargas associadas ao p estejam distribudas uniformemente com uma densidade volumtrica p. O campo eltrico E aponta para o eixo do cilindro ou para longe do eixo? Justificar.Elas apontam para longe do eixo. Em condies normais, o tomo eletricamente neutro, ou seja, o nmero de prtons igual ao nmero de eltrons. Entretanto, os eltrons tm grande poder de se libertar dos tomos e eletrizar outras substncias.

Tanto eltrons quanto prtons criam em torno de si uma regio de influncia, ou campo de fora. Quando um eltron e um prton se aproximam o suficiente para que seus campos de fora possam influir um sobre o outro, eles se atraem mutuamente. Mas se dois eltrons pem em contato seus campos de fora eles se repelem entre si. O mesmo acontece quando 2 eltrons se aproximam.

Para designar essas atraes e repulses, convencionou-se dizer que as partculas possuem algo chamado carga eltrica, que produz os campos de fora. Os eltrons possuem carga eltrica negativa e os prtons positiva. As cargas opostas se atraem e as cargas iguais se repelem.

Pois a carga negativa a que tem tendncia a se desprender do tomo passando assim para o cilindro de plstico, acumulando na parede interna.Passo 3 (Equipe)Escrever uma expresso, utilizando a Lei de Gauss, para o mdulo do campo eltrico no interior do cano em funo da distncia r do eixo do cano. O valor de E aumenta ou diminui quando r aumenta? Justificar. Determinar o valor mximo de E e a que distncia do eixo do cano esse campo mximo ocorre para p = 1,1 x 10-3 C/m3 (um valor tpico).E= K. Q / r2Quando aumenta o valor de r, o valor de E diminui devido o aumento da rea.E= K. Q /r2 E= 8,99.109 .1,1.10-3 /0,52E= 39.106 N/CQuanto menor a rea, maior o valor de E.E= 8,99.109 .1,1.10-3 /(1.1.10-3)2E= 8.1012N/CO mdulo E tem o maior valor, quando o r igual ao valor de Q.

De= 0,5 m 1,1.10-6

De= 0,499 de distncia do eixo.

.

Passo 4 (Equipe)Verificar a possibilidade de uma ruptura dieltrica do ar, considerando a primeira condio, ou seja, o campo calculado no passo anterior poder produzir uma centelha? Onde?Para o ar, ele ocorre para campos eltricos da ordem de 3.106 V/m, ento o campo calculado pode produzir centelha. Em qualquer ponto.ETAPA 2Aula-tema: Potencial Eltrico. Capacitncia.

Essa atividade importante para compreender a definio de potencial eltrico e

Conseguir calcular esse potencial a partir do campo eltrico. Essa etapa tambm importante para estudar a energia armazenada num capacitor, considerando situaes cotidianas.

Para realiz-la, devem ser seguidos os passos descritos.PASSOSPasso 1 (Equipe)Determinar uma expresso para o potencial eltrico em funo da distncia r a partir do eixo do cano. (O potencial zero na parede do cano, que est ligado a terra).V = K. Q / rPasso 2 (Equipe)Calcular a diferena de potencial eltrico entre o eixo do cano e a parede interna para uma densidade volumtrica de cargas tpica, r = 1,1 x 10-3 C/m3.

U=k.q/d = 9.109 n.m2/c2 1,1.10-3 c/m3 / 0,5 mU= 19,8 .106 V

Passo 3 (Equipe)Determinar a energia armazenada num operrio, considerando que o homem pode ser modelado por uma capacitncia efetiva de 200 pF e cada operrio possui um potencial eltrico de 7,0 kV em relao a Terra, que foi tomada como potencial zero.F=C/V200pF=Q/7000

Q=1,4.10-6 CC=Q/V

C=1,4.10-6/7000

C=2.10-10FObs.: A energia armazenada num capacitor igual ao trabalho feito para carreg-loPasso 4 (Equipe)

Verificar a possibilidade de uma exploso, considerando a segunda condio, ou seja, a energia da centelha resultante do passo anterior ultrapassou 150 mJ, fazendo com que o p explodisse?W=Q.VW=1,1.10-3. 19,8 . 106W= 21.103 J > 150.10-3 JPortanto a energia resultante ultrapassou, fazendo com que o p tenha potencial de exploso.ETAPA 3

Aula-tema: Corrente e Resistncia. Circuitos.Essa atividade importante para discutir as cargas em movimento, isto , corrente

eltrica e relacionar com resistncia eltrica. Essa etapa tambm importante para

compreender os clculos envolvidos em um circuito eltrico como potncia e energia.

Para realiz-la, devem ser seguidos os passos descritos.PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Determinar a expresso para a corrente i (o fluxo das cargas eltricas associadas ao p) em

uma seo reta do cano. Calcular o valor de i para as condies da fbrica: raio do cano R =

5,0 cm., velocidade v = 2,0 m/s e densidade de cargas r = 1,1 x 10-3 C/m3i=

R= 0,5 m

V= 2,0 m/s

P= 1,1 . 10-3 C/m3i= q/t

i= 1,1 . 10-3 C/m3/ 2,0 m/s

i= 5,5 . 10-4 APasso 2 (Equipe)

Determinar a taxa (potncia) com a qual a energia pode ter sido transferida do p para uma

centelha quando o p deixou o cano. Considerar que quando o p saiu do cano e entrou no

silo, o potencial eltrico do p mudou e o valor absoluto dessa variao foi pelo menos igual

a diferena de potencial calculada no passo 2 na etapa 2.Pot= E/t

Pot= 39.106/2Pot= 19.106 WPasso 3 (Equipe)

Calcular a energia transferida para a centelha se uma centelha ocorreu no momento em que o

p deixou o tubo e durou 0,20 s (uma estimativa razovel).t= 0,20sP= E/tP= 39 . 106 /0,20P= 195 . 106 WPasso 4 (Equipe)

Calcular qual deve ser a resistncia entre a pulseira e a terra para que seu corpo chegue ao

nvel seguro de potencial de 100 V em 0,3 s, ou seja, um tempo menor que o que voc levaria

para tocar no silo. Se voc usar uma pulseira condutora em contato com a terra seu potencial

no aumentar tanto quando voc se levantar, alm disso, a descarga ser mais rpida, pois a

resistncia da ligao a terra ser menor que a dos sapatos. Suponha que no momento que

voc se levanta o potencial do seu corpo de 1,4 kV e que a capacitncia entre seu corpo e a

cadeira de 10 pF.V= R. I I= Q/t

C= Q/V

100= R. 4,6 . 10-8

I= 1,4 . 10-8/0,3

10pF = Q/1,4 . 103R= 2,17 . 109

I= 4,6 . 10-8A

Q= 1,4 . 10-8 CETAPA 4Aula-tema: Campos Magnticos.Essa atividade importante para compreender o campo magntico terrestre e atuao

dele numa determinada regio. Nessa atividade tambm definir as medidas de segurana na

instalao de uma fbrica de p.Para realiz-la, devem ser seguidos os passos descritos.PASSOS

Passo 1 (Aluno)

Pesquisar sobre o campo magntico terrestre, como ele produzido e como esse campo varia

de acordo com a localidade. Pesquisar tambm qual o valor do campo magntico na sua

regio.Sites sugeridos para pesquisa O campo magntico da Terra. Disponvel em:

.

Acesso em: 20 abr. 2012.Passo 2 (Equipe)

Calcular o valor fora eltrica que age sobre uma carga eltrica que se move no cano de

acordo com as condies apresentadas no passo 1 da etapa 3 e no passo anterior dessa etapa.F= K.q/d2F= 9.109. 1,1.10-3/0,52F= 39.106NPasso 3 (Equipe)

Analisar as condies que foram discutidas nesse desafio para que ocorresse a exploso na

fbrica e sugerir as medidas de segurana que deveriam ter sido adotadas para que no

tivesse ocorrido.Concluso

Diante dos clculos realizados foi constatado que duas condies para que uma exploso ocorresse foram satisfeitas: (1 condio) o mdulo do campo eltrico ultrapassou 3,0 x 106 N/C, produzindo uma ruptura dieltrica do ar; (2 condio) a energia da centelha resultante ultrapassou 150 mJ, fazendo com que o p explodisse.

Passo 4 (Equipe)

Elaborar um relatrio intitulado Relatrio: Medidas de Segurana quanto aos fenmenos

eletromagnticos em uma Fbrica que envolve Nuvem de P com o contedo

desenvolvido nos passos anteriores desta etapa e entregar ao professor na data agendada, de

acordo com a padronizao definida.MEDIDAS PREVENTIVAS

O Ministrio do Trabalho e Emprego sancionou em 2001 a Portaria que estabelece

indicaes bsicas para se evitar acidentes tambm provenientes da exploso por p de

produtos agrcolas.

[...] 1.15 Silos e Armazns

1.15.1 Os silos devem ser adequadamente dimensionados e construdos em solo com

resistncia compatvel s cargas de trabalho. [...]

1.15.4 obrigatria a preveno dos riscos de exploses, incndios, acidentes

mecnicos, asfixia e dos decorrentes da exposio a agentes qumicos, fsicos e

biolgicos em todas as fases da operao do silo.

1.15.5 A escolha do modo de operao dos silos deve levar em considerao os

riscos sade e segurana dos trabalhadores e ao meio ambiente.

1.15.6 obrigatria a utilizao segura de todas as mquinas e equipamentos

envolvidos no processo de operao dos silos. [...]

1.15.10 Antes da entrada de trabalhadores na fase de abertura dos silos deve ser

medida a concentrao de oxignio e o limite de explosividade relacionado ao tipo de

material estocado. [...]

1.15.12 Devem ser avaliados permanentemente os riscos de combusto espontnea e

exploso atravs do controle dos seguintes parmetros:

a) quantidade e tipo do p em suspenso;

b) tamanho das partculas;

c) umidade e temperatura ambientes;

d) grau de umidade do produto armazenado;

e) concentrao de oxignio;

f) variao da temperatura em funo da fermentao do material ensilado;

g) formao de gases e vapores inflamveis [...]

1.15.13 Devem ser adotadas medidas para preveno de exploses derivadas da

combusto acelerada de poeiras decorrentes da movimentao de gros. [...]

1.15.15 Os elevadores e sistemas de alimentao dos silos devem ser projetados e

operados de forma a evitar o acmulo de poeiras, em especial nos pontos onde seja

possvel a gerao de centelhas por eletricidade esttica.

1.15.16 Todas as instalaes eltricas e de iluminao no interior dos silos devem

ser antideflagrantes.

1.15.17 Servios de manuteno por processos de soldagem, operaes de corte ou

que gerem eletricidade esttica devem ser realizados exclusivamente nos perodos em

que os silos estejam vazios e livres de poeiras e contaminantes.

1.15.18 Nos intervalos de operao dos silos o empregador rural ou assemelhado

deve providenciar adequada limpeza dos silos para remoo de poeiras.

1.15.19 Os silos devem possuir sistema de ventilao capaz de evitar acmulo de

gases e poeiras. (BRASIL, Ministrio do Trabalho e Emprego, 2001).Outras Respostas:

RESPOSTA FISICA III

Passo 1 (Aluno)

Pesquisar em livros da rea, revistas e jornais, ou sites da internet, notcias que envolvem exploses de fbricas que tm produtos que geram ou so a base de p.

Uma exploso destruiu parte da torre da fbrica de leite em p da empresa BR Foods, na cidade de Trs de Maio, no noroeste do Rio Grande do Sul. Segundo o Corpo de Bombeiros do municpio, o acidente ocorreu dia 27/01/12 por volta das 12h20. Para combater as chamas no alto, os bombeiros precisaram do auxlio de um caminho com guindaste.O setor da fbrica que explodiu era todo informatizado. O local estava vazio no momento do acidente. No houve feridos. A fbrica comeou a funcionar em agosto do ano de 2011, com capacidade mensal para processar pelo menos 2 mil toneladas de leite em p.Em nota oficial emitida s 17h30 do mesmo dia da exploso, a BR Foods disse que o fogo provocado pela exploso foi rapidamente controlado pelos bombeiros. O incidente ficou restrito cmara de secagem de leite em p, equipada com um sistema anti-incndio. A estrutura fsica da unidade no foi atingida.

Passo 2

Supor que o p (produto) de sua empresa esteja carregado negativamente e passando por um cano cilndrico de plstico de raio R= 5,0 cm e que as cargas associadas ao p estejam distribudas uniformemente com uma densidade volumtrica . O campo eltrico E aponta para o eixo do cilindro ou para longe do eixo? Justificar.

O campo eltrico aponta para o eixo do cilindro, ou seja, para o centro do cilindro, por ter carga negativa, e carga negativa tem caractersticas de atrair e carga positiva de repelir.

Passo 3Escrever uma expresso, utilizando a Lei de Gauss, para o mdulo do campo eltrico no interior do cano em funo da distncia r do eixo do cano. O valor de E aumenta ou diminui quando r aumenta? Justificar. Determinar o valor mximo de E e a que distncia do eixo do cano esse campo mximo ocorre para = 1,1 x 10-3 C/m3 (um valor tpico).E = E = p.. RE = p . r E = 1,1x10-3 . 5x10-2

2EoR 2EoR 2 . Eo 2 . 8,85x10-12

E = 3,11.106 N/C

Quando aumento o raio da circunferncia o valor do campo eltrico diminui porque ter uma menor concentrao. Ento quanto maior o dimetro do tubo menor o valor do campo eltrico, e quanto menor o dimetro, maior a concentrao do campo eltrico, fazendo com que seu valor aumente.

Passo 4 (Equipe)

Verificar a possibilidade de uma ruptura dieltrica do ar, considerando a primeira condio, ou seja, o campo calculado no passo anterior poder produzir uma centelha? Onde?

O campo poder sim produzir uma centelha, porque o resultado foi maior do que a resistncia dieltrica do ar.

ETAPA 2Aula tema: Potencial eltrico. Capacitncia.

Essa atividade importante para compreender a definio de potencial eltrico e

conseguir calcular esse potencial a partir do campo eltrico. Essa etapa tambm importante para estudar a energia armazenada num capacitor, considerando situaes cotidianas.

Para realiz-la, devem ser seguidos os passos descritos.

Passo 1Determinar uma expresso para o potencial eltrico em funo da distncia r a partir do eixo do cano. (O potencial zero na parede do cano, que est ligado a terra).

Passo 2

Calcular a diferena de potencial eltrico entre o eixo do cano e a parede interna para uma densidade volumtrica de cargas tpica, r = 1,1 x 10-3 C/m3.

[pic]

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Passo 3

Determinar a energia armazenada num operrio, considerando que o homem pode ser modelado por uma capacitncia efetiva de 200 pF e cada operrio possui um potencial eltrico de 7,0 kV em relao a Terra, que foi tomada como potencial zero.

[pic]

[pic]

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Passo 4

Verificar a possibilidade de uma exploso, considerando

a segunda condio, ou seja, a energia da centelha resultante do passo anterior ultrapassou 150 mJ, fazendo com que o p explodisse?

De acordo com o passo anterior, observando os resultados obtidos, conclui-se que a centelha no gera energia necessria para haver a exploso.

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