ETAPA 1
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força possam influir um sobre o outro, eles se atraem mutuamente. Mas se dois elétrons põem
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Passo 4 (Equipe)
Verificar a possibilidade de uma ruptura dielétrica do ar, considerando a primeira condição,
ou seja, o...
Determinar a energia armazenada num operário, considerando que o homem pode ser
modelado por uma capacitância efetiva de 2...
ETAPA 3
Aula-tema: Corrente e Resistência. Circuitos.
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Passo 4 (Equipe)
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fábrica e sugerir as medidas de segurança que deveriam ter sido adotadas para que não
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Conclusão
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  1. 1. ETAPA 1 Aula-tema: Campo Elétrico. Lei de Gauss. Essa atividade é importante para compreender a ação e a distância entre duas partículas sem haver uma ligação visível entre elas e entender os efeitos dessa partícula sujeita a uma força criada por um campo elétrico no espaço que as cerca. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. PASSOS Passo 1 (Aluno) Pesquisar em livros da área, revistas e jornais, ou sites da internet, notícias que envolvem explosões de fábricas que têm produtos que geram ou são a base de pó. Sites sugeridos para pesquisa • Explosão De Pó Em Unidades Armazenadoras E Processadoras De Produtos Agrícolas E Seus Derivados Estudo De Caso. 2005. Disponível em: <https: //docs.google.com/file/d/0Bx50NPmVz1UwUGcyMUExS3FlRnM/edit>. • Explosões. Disponível em: <https: //docs.google.com/file/d/0Bx50NPmVz1UwNkVMM0NNeTlmOHc/edit>. • Atmosferas explosivas de pós: Todo cuidado é pouco. Disponível em: <https: //docs.google.com/file/d/0Bx50NPmVz1UwU0d0cU13dFlsVlE/edit>. Passo 2 (Equipe) Supor que o pó (produto) de sua empresa esteja carregado negativamente e passando por um cano cilíndrico de plástico de raio R= 5,0 cm e que as cargas associadas ao pó estejam distribuídas uniformemente com uma densidade volumétrica p. O campo elétrico E aponta para o eixo do cilindro ou para longe do eixo? Justificar. Elas apontam para longe do eixo. Em condições normais, o átomo é eletricamente neutro, ou seja, o número de prótons é igual ao número de elétrons. Entretanto, os elétrons têm grande poder de se libertar dos átomos e eletrizar outras substâncias. Tanto elétrons quanto prótons criam em torno de si uma região de influência, ou campo de força. Quando um elétron e um próton se aproximam o suficiente para que seus campos de 1
  2. 2. força possam influir um sobre o outro, eles se atraem mutuamente. Mas se dois elétrons põem em contato seus campos de força eles se repelem entre si. O mesmo acontece quando 2 elétrons se aproximam. Para designar essas atrações e repulsões, convencionou-se dizer que as partículas possuem algo chamado carga elétrica, que produz os campos de força. Os elétrons possuem carga elétrica negativa e os prótons positiva. As cargas opostas se atraem e as cargas iguais se repelem. Pois a carga negativa é a que tem tendência a se desprender do átomo passando assim para o cilindro de plástico, acumulando na parede interna. Passo 3 (Equipe) Escrever uma expressão, utilizando a Lei de Gauss, para o módulo do campo elétrico no interior do cano em função da distância r do eixo do cano. O valor de E aumenta ou diminui quando r aumenta? Justificar. Determinar o valor máximo de E e a que distância do eixo do cano esse campo máximo ocorre para p = 1,1 x 10-3 C/m3 (um valor típico). E= K. Q / r2 Quando aumenta o valor de r, o valor de E diminui devido o aumento da área. E= K. Q /r2 E= 8,99.109 .1,1.10-3 /0,52 E=39.106 N/C Quanto menor a área, maior o valor de E. E= 8,99.109 .1,1.10-3 /(1.1.10-3 )2 E= 8.1012 N/C O módulo E tem o maior valor, quando o r é igual ao valor de Q. De= 0,5 m – 1,1.10-6 De= 0,499 de distância do eixo. 2
  3. 3. . Passo 4 (Equipe) Verificar a possibilidade de uma ruptura dielétrica do ar, considerando a primeira condição, ou seja, o campo calculado no passo anterior poderá produzir uma centelha? Onde? Para o ar, ele ocorre para campos elétricos da ordem de 3.106 V/m, então o campo calculado pode produzir centelha. Em qualquer ponto. ETAPA 2 Aula-tema: Potencial Elétrico. Capacitância. Essa atividade é importante para compreender a definição de potencial elétrico e Conseguir calcular esse potencial a partir do campo elétrico. Essa etapa também é importante para estudar a energia armazenada num capacitor, considerando situações cotidianas. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. PASSOS Passo 1 (Equipe) Determinar uma expressão para o potencial elétrico em função da distância r a partir do eixo do cano. (O potencial é zero na parede do cano, que está ligado a terra). V = K. Q / r Passo 2 (Equipe) Calcular a diferença de potencial elétrico entre o eixo do cano e a parede interna para uma densidade volumétrica de cargas típica, 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 m U= 19,8 .106 V Passo 3 (Equipe) 3
  4. 4. Determinar a energia armazenada num operário, considerando que o homem pode ser modelado por uma capacitância efetiva de 200 pF e cada operário possui um potencial elétrico de 7,0 kV em relação a Terra, que foi tomada como potencial zero. F=C/V 200pF=Q/7000 Q=1,4.10-6 C C=Q/V C=1,4.10-6 /7000 C=2.10-10 F Obs.: A energia armazenada num capacitor é igual ao trabalho feito para carregá-lo Passo 4 (Equipe) Verificar a possibilidade de uma explosão, considerando a segunda condição, ou seja, a energia da centelha resultante do passo anterior ultrapassou 150 mJ, fazendo com que o pó explodisse? W=Q.V W=1,1.10-3 . 19,8 . 106 W= 21.103 J > 150.10-3 J Portanto a energia resultante ultrapassou, fazendo com que o pó tenha potencial de explosão. 4
  5. 5. ETAPA 3 Aula-tema: Corrente e Resistência. Circuitos. Essa atividade é importante para discutir as cargas em movimento, isto é, corrente elétrica e relacionar com resistência elétrica. Essa etapa também é importante para compreender os cálculos envolvidos em um circuito elétrico como potência e energia. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. PASSOS Passo 1 (Equipe) Determinar a expressão para a corrente i (o fluxo das cargas elétricas associadas ao pó) em uma seção reta do cano. Calcular o valor de i para as condições da fábrica: raio do cano R = 5,0 cm., velocidade v = 2,0 m/s e densidade de cargas r = 1,1 x 10-3 C/m3 i= R= 0,5 m V= 2,0 m/s P= 1,1 . 10-3 C/m3 i= q/t i= 1,1 . 10-3 C/m3 / 2,0 m/s i= 5,5 . 10-4 A Passo 2 (Equipe) Determinar a taxa (potência) com a qual a energia pode ter sido transferida do pó para uma centelha quando o pó deixou o cano. Considerar que quando o pó saiu do cano e entrou no silo, o potencial elétrico do pó mudou e o valor absoluto dessa variação foi pelo menos igual a diferença de potencial calculada no passo 2 na etapa 2. Pot= E/t Pot= 39.106 /2 Pot= 19.106 W Passo 3 (Equipe) Calcular a energia transferida para a centelha se uma centelha ocorreu no momento em que o pó deixou o tubo e durou 0,20 s (uma estimativa razoável). t= 0,20s P= E/t P= 39 . 106 /0,20 P= 195 . 106 W 5
  6. 6. Passo 4 (Equipe) Calcular qual deve ser a resistência entre a pulseira e a terra para que seu corpo chegue ao nível seguro de potencial de 100 V em 0,3 s, ou seja, um tempo menor que o que você levaria para tocar no silo. Se você usar uma pulseira condutora em contato com a terra seu potencial não aumentará tanto quando você se levantar, além disso, a descarga será mais rápida, pois a resistência da ligação a terra será menor que a dos sapatos. Suponha que no momento que você se levanta o potencial do seu corpo é de 1,4 kV e que a capacitância entre seu corpo e a cadeira é 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 . 103 R= 2,17 . 109 Ω I= 4,6 . 10-8 A Q= 1,4 . 10-8 C ETAPA 4 Aula-tema: Campos Magnéticos. Essa atividade é importante para compreender o campo magnético terrestre e atuação dele numa determinada região. Nessa atividade também definir as medidas de segurança na instalação de uma fábrica de pó. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. PASSOS Passo 1 (Aluno) Pesquisar sobre o campo magnético terrestre, como ele é produzido e como esse campo varia de acordo com a localidade. Pesquisar também qual é o valor do campo magnético na sua região. Sites sugeridos para pesquisa • O campo magnético da Terra. Disponível em: <https://docs.google.com/file/d/0Bx50NPmVz1UwLWptYXV2NDdRT2c/edit>. Acesso em: 20 abr. 2012. Passo 2 (Equipe) Calcular o valor força elétrica que age sobre uma carga elétrica que se move no cano de acordo com as condições apresentadas no passo 1 da etapa 3 e no passo anterior dessa etapa. F= K.q/d2 F= 9.109 . 1,1.10-3 /0,52 F= 39.106 N Passo 3 (Equipe) Analisar as condições que foram discutidas nesse desafio para que ocorresse a explosão na 6
  7. 7. fábrica e sugerir as medidas de segurança que deveriam ter sido adotadas para que não tivesse ocorrido. Conclusão Diante dos cálculos realizados foi constatado que duas condições para que uma explosão ocorresse foram satisfeitas: (1° condição) o módulo do campo elétrico ultrapassou 3,0 x 106 N/C, produzindo uma ruptura dielétrica do ar; (2° condição) a energia da centelha resultante ultrapassou 150 mJ, fazendo com que o pó explodisse. Passo 4 (Equipe) Elaborar um relatório intitulado “Relatório: Medidas de Segurança quanto aos fenômenos eletromagnéticos em uma Fábrica que envolve Nuvem de Pó” com o conteúdo desenvolvido nos passos anteriores desta etapa e entregar ao professor na data agendada, de acordo com a padronização definida. MEDIDAS PREVENTIVAS O Ministério do Trabalho e Emprego sancionou em 2001 a Portaria que estabelece indicações básicas para se evitar acidentes também provenientes da explosão por pó de produtos agrícolas. [...] 1.15 – Silos e Armazéns 1.15.1 – Os silos devem ser adequadamente dimensionados e construídos em solo com resistência compatível às cargas de trabalho. [...] 1.15.4 – É obrigatória a prevenção dos riscos de explosões, incêndios, acidentes mecânicos, asfixia e dos decorrentes da exposição a agentes químicos, físicos e biológicos em todas as fases da operação do silo. 1.15.5 – A escolha do modo de operação dos silos deve levar em consideração os riscos à saúde e segurança dos trabalhadores e ao meio ambiente. 1.15.6 – É obrigatória a utilização segura de todas as máquinas e equipamentos envolvidos no processo de operação dos silos. [...] 1.15.10 – Antes da entrada de trabalhadores na fase de abertura dos silos deve ser medida a concentração de oxigênio e o limite de explosividade relacionado ao tipo de material estocado. [...] 1.15.12 – Devem ser avaliados permanentemente os riscos de combustão espontânea e explosão através do controle dos seguintes parâmetros: a) quantidade e tipo do pó em suspensão; b) tamanho das partículas; c) umidade e temperatura ambientes; d) grau de umidade do produto armazenado; e) concentração de oxigênio; f) variação da temperatura em função da fermentação do material ensilado; g) formação de gases e vapores inflamáveis [...] 1.15.13 – Devem ser adotadas medidas para prevenção de explosões derivadas da combustão acelerada de poeiras decorrentes da movimentação de grãos. [...] 7
  8. 8. 1.15.15 – Os elevadores e sistemas de alimentação dos silos devem ser projetados e operados de forma a evitar o acúmulo de poeiras, em especial nos pontos onde seja possível a geração de centelhas por eletricidade estática. 1.15.16 – Todas as instalações elétricas e de iluminação no interior dos silos devem ser antideflagrantes. 1.15.17 – Serviços de manutenção por processos de soldagem, operações de corte ou que gerem eletricidade estática devem ser realizados exclusivamente nos períodos em que os silos estejam vazios e livres de poeiras e contaminantes. 1.15.18 – Nos intervalos de operação dos silos o empregador rural ou assemelhado deve providenciar adequada limpeza dos silos para remoção de poeiras. 1.15.19 – Os silos devem possuir sistema de ventilação capaz de evitar acúmulo de gases e poeiras. (BRASIL, Ministério do Trabalho e Emprego, 2001). 8

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