Relatorio de F Ex 2 - Campo eletrico e carga eletrica

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO CEARÁ – IFCE 
CAMPUS ACARAÚ 
 
Relatório de aula experimental: 
 Eletricidade e Campo Elétrico 
Acaraú – CE 
03 de novembro de 2019 
Nome: José Eurimar Araújo 
Curso: Licenciatura em Física 
Disciplina: Física Experimental II 
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1. INTRODUÇÃO 
A eletricidade sempre causa grande fascínio ao ser humano, o conhecimento sobre essa 
força da natureza alavancou a indústria e o desenvolvimento de cidades com muita 
intensidade com suas maquinas, equipamentos além de agilizar a vida do ser humano com 
seus eletrônicos e objetos para a realização mais rápida de atividades diárias. 
Fenômenos elétricos como, eletrização, descargas elétricas, repulsão e atração são 
bastante comuns e são fáceis de serem analisados e estudados. Um objeto de material 
metálico pode ser friccionado com um tecido de lã até o ponto de retirar partículas carregadas 
da superfície desse material, podendo assim, repelir ou atrair outros materiais mais leves ao 
seu entorno. 
Dentro dos estudos da eletricidade, pode-se encontrar o conceito de campo elétrico que 
segundo Dominguez, M. E. D., & Moreira, M. A. (1988), é uma grandeza vetorial usada 
para medir o campo de força de interação entre partículas (cargas) eletricamente carregadas. 
O campo elétrico tem como função, transmitir as interações entre essas cargas elétricas, 
podendo ser de afastamento ou de aproximação, de acordo com o sinal da carga que o 
produziu. 
A equação que permite encontrar o modulo de campo elétrico é dada por: 
�⃗� = 
𝐾0. |𝑄|
𝑑2
 
Sendo: 
 
�⃗� : intensidade do campo elétrico (N/C) 
𝐾0: constante eletrostática no vácuo (9.109 N.m2/C2) 
|Q|: módulo da carga que está gerando o campo 
d: distância entre a carga e um ponto do campo 
Conceitos de eletrização também são muito importantes de serem analisados e 
estudados, pois são através deles que se pode entender como que cargas elétricas se 
comportam dentro de condições que as coloquem separadas e então postas a se 
movimentarem para buscar o equilíbrio elétrico. Há três formas de deixar um corpo 
carregado eletricamente, eletrização por contato, eletrização por indução e eletrização por 
atrito. 
A eletrização por contato acontece quando se aproxima um corpo carregado 
eletricamente perto de um corpo neutro, isso faz com que as cargas em excesso, no corpo 
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que se aproxima se movimentarem para o corpo que não está carregado, deixando-o 
carregado. 
 
Processo de eletrização por contato 
Outro processo é a eletrização por indução, neste caso, o corpo neutro é induzido a ficar 
carregado sem que haja contrato entre eles. O corpo carregado se aproxima do corpo neutro, 
afim de repelir as cargas iguais as do corpo eletrizado que estão em excesso, deixando as 
opostas sendo atraídas. Depois de um tempo, faz-se uma ligação terra no corpo neutro com 
o intuito de retirar as cargas que estão sendo repelidas pelo corpo eletrizado, feito isso, o 
corpo que antes estava neutro agora encontra-se eletricamente carregado. 
 
Processo de eletrização por indução 
A eletrização por atrito é mais comum, esse processo é caracterizado pela eletrização 
por fricção de materiais de composições diferentes que ao ser gerado o atrito, elétrons irão 
abandonar um dos corpos que tiver maior facilidade para perder elétrons ficando carregado 
positivamente, já aquele que ganhar as cargas negativas ficará carregado negativamente. 
 
Processo de eletrização por atrito 
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Sabe-se que a eletricidade tem uma vasta gama de aplicabilidade, sendo assim é de 
extrema importância estudar fenômenos que envolvem a força eletromagnética. Diversos 
fenômenos podem ser realizados em laboratório e alguns podem ser facilmente replicados 
no cotidiano, dentro dessa perspectiva, realizou-se alguns experimentos com o propósito de 
analisar, verificar e estudar fenômenos com os descritos acima. A realização dos 
experimentos ocorreu no Laboratório de Física Experimental do Instituto Federal do Ceará 
– Campus Acaraú, no dia 01 de novembro de 2019. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. OBJETIVOS 
- Reconhecer que as cargas elétricas se distribuem na superfície externa do condutor; 
- Reconhecer a importância da pressão e da distância entre os eletrodos na capacidade 
de condução elétrica de um gás; 
- Descrever as condições necessárias para que se estabeleça uma descarga elétrica num 
gás sob pressão atmosférica; 
- Interpretar a divisão ocorrida na chama sob a presença de um campo elétrico, em 
termos de ionização do ar; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. MATERIAIS UTILIZADOS 
 
3.1 – Experimento 1: Principio do funcionamento do eletroscópio de folhas e a 
distribuição de cargas 
• Gerador eletrostático; 
• 1 eletrodo com gancho e lâmina de alumínio de 10 mm x 180 mm; 
• 1 esfera auxiliar de descarga; 
• 1 cuba cilíndrica; 
• 2 conexões elétricas com pinos de tensão; 
• 1 lâmina de alumínio de 10mm x 50mm; 
• Fita adesiva 
3.2 – Experimento 2: Descarga em gás sob pressão atmosférica: 
• Gerador eletrostático; 
• 1 esfera auxiliar de descarga; 
• 1 conexão elétrica com pinos de tensão; 
3.3 – Experimento 3: A ionização das moléculas de ar submetidas à ação de um 
campo elétrico: 
• Gerador eletrostático; 
• 1 esfera auxiliar de descarga; 
• 2 conexões elétricas com pinos de tensão; 
• 1 condensador de placas paralelas para acoplamento ao gerador 
eletrostático; 
• 1 vela; 
• 1 caixa de fósforo 
3.4 – Experimento 4: Efeito do vento elétrico: o “torniquete”: 
• 1 Gerador eletrostático; 
• 1 pino banana com agulha; 
• 1 torniquete elétrico com pivô 
 
 
 
 
 
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4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 
4.1 - Experimento 1: Principio do funcionamento do eletroscópio de folhas e a 
distribuição de cargas 
a) Fixar o eletrodo com gancho na esfera do gerador; 
b) Colocar a lâmina de alumínio dobrada com as duas extremidades do mesmo 
tamanho no eletrodo; 
c) Ligar o aparelho por alguns segundos e desliga-lo após esse tempo; 
d) Encostar a esfera auxiliar de descarga na cabeça esférica; 
e) Analisar o observado; 
f) Prender 1 lâmina de alumínio na superfície externa e outra na superfície 
interna com a fita adesiva; 
g) Ligar o aparelho; 
h) Analisar o observado; 
 
4.2 - Experimento 2: Descarga em gás sob pressão atmosférica 
a) Montar o gerador eletrostático e liga-lo; 
b) Aproximar a esfera auxiliar da cabeça metálica do gerador eletrostático; 
c) Descrever e analisar o observado; 
4.3 - Experimento 3: A ionização das moléculas de ar submetidas à ação de um 
campo elétrico: 
a) Conectar um dos fios com pinos conectores na cabeça metálica do gerador 
eletrostático (-) a uma das placas paralelas; 
b) Conectar um dos fios com pinos na base da correia do gerador (+) a outra 
placa paralela; 
c) Posicionar as placas frente uma da outra; 
d) Colocar a vela numa distância de modo que fique no meio das placas; 
e) Ligar o gerador eletrostático; 
f) Analisar o observado; 
4.4 - Experimento 4: Efeito do vento elétrico: o “torniquete” 
a) Conectar o pino banana com agulha no orifício existente no topo da esfera do 
gerador; 
b) Encaixe a agulha no torniquete de modo a mantê-lo na horizontal; 
c) Ligue o gerador eletrostático e observe; 
d) Analise observado; 
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5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Experimento 1: Principio do funcionamento do eletroscópio de folhas e a distribuição 
de cargas 
Ao realizar o experimento seguindo as instruções detalhadas nos procedimentos 
experimentais, notou-se que as folhas de alumínio são repelidas, pois ao carregar a esfera 
metálica a lâmina também fica carregada com elétrons, sendo assim repelida pela esfera do 
eletroscópio. 
Na segunda parte deste experimento, que foi colocado uma lâmina de alumínio dentro 
e fora do aparato, notou-se que ambas também eram repelidas. De início, apresentouproblemas pois a lâmina que estava no interior não apresentava mudanças perceptíveis. 
Precisou-se ajustar para que a folha de alumínio ficasse mais afastada da correia, pois era 
essa que estava interferindo. 
Abaixo, as questões sobre o experimento estão resolvidas: 
1. Cite três partículas fundamentais dos átomos com o valor e o sinal de suas 
cargas elétricas. 
R= Elétron com carga de -1,6 x 1019𝐶, próton com carga de 1,6 x 1019𝐶, e o 
nêutron não possui carga. 
2. O que você entende por carga elétrica? 
R= Carga elétrica são partículas carregadas de energia elétrica que 
perturbam o campo elétrico assim como a massa perturba o campo 
gravitacional. 
3. Expresse a lei das cargas de Coulomb? 
R= |𝐹| = 𝑘. |
𝑞1𝑞2
𝑑2
| 
“A força de ação mutua entre dois corpos carregados tem a direção da linha 
que une os corpos e sua intensidade é diretamente proporcional ao produto 
das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as 
separa.” 
4. Compare a eletrização por atrito com a eletrização por indução. 
R= A eletrização por atrito necessita de uma fricção, um contato para 
acontecer. Na eletrização por indução é necessário somente que o corpo 
carregado permaneça próximo do corpo neutro, tempo suficiente para separar 
cargas negativas de cargas positivas. 
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 Experimento 2: Descarga em gás sob pressão atmosférica 
Ao realizar este experimento, à medida que se aproxima a esfera auxiliar de descarga da 
esfera metálica carrega do eletroscópio, pode-se perceber o surgimento de faísca que saem 
de uma das esferas em direção à outra. A distância mínima para que as faíscas comecem a 
surgir é de 3 cm. 
As faíscas apresentavam tonalidades azuladas e um barulho forte era produzido quando 
surgia uma delas. O tom azulado é devido a ionização do ar envolta da esfera metálica e 
durante a descarga, a faísca elétrica aquece o ar produzindo o brilho azulado e o barulho por 
ser um aquecimento muito rápido, assim como o trovão, o raio e o relâmpago. 
Vale ressaltar que a medida que se aproximava a esfera auxiliar de descarga, o número 
de faíscas produzidas aumentava, o brilho e a intensidade do som também aumentavam. Isso 
se dá pelo fato do campo elétrico que envolve as duas esferas aumentar de intensidade a 
medida que a distancia entre as duas diminui. 
Abaixo, as questões sobre o experimento estão resolvidas: 
1. O que se entende por campo elétrico e porque dizemos que um campo 
elétrico é um campo conservativo? 
R= É uma grandeza vetorial usada para medir o campo de força de interação 
entre partículas (cargas) eletricamente carregadas. O campo elétrico é 
conservativo porque o trabalho realizado pelo mesmo não depende da trajetória 
e sim de pontos relativos, ou seja, em um campo elétrico a existência de um 
potencial associado a cada ponto do campo, ou a existência de superfícies 
equipotenciais nos mostra que é um campo conservativo. 
2. O que se entende por linhas de força de um campo elétrico? 
R= São linhas imaginarias que saem ou entram em uma partícula carregada 
dependendo se é positiva ou negativa, respectivamente. 
3. Cite três propriedades das linhas de força do campo elétrico. 
R= O campo elétrico é sempre tangente as linhas de força, saem das cargas 
positivas e entram nas cargas negativas e as linhas nunca se cruzam. 
4. Na figura apresentada no manual do experimento, assinale qual região 
apresenta maior intensidade de campo elétrico. 
R= A região que apresenta maior intensidade é a região em que se concentram 
maior numero de linhas de campo elétrico. 
 
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5. Caso abandonássemos uma carga no interior deste campo, trace as 
possíveis trajetórias que a mesma teria se: a) fosse positiva; b) fosse negativa 
R= Se fosse positiva a carga teria uma trajetória igual a das linhas de campo se 
fosse negativo, teria uma trajetória contraria as linhas de campo. 
Experimento 3: A ionização das moléculas de ar submetidas à ação de um campo 
elétrico 
Neste experimento, pode-se notar que há uma perturbação na chama da vela ao ser 
ligado o gerador eletrostático. À medida que as placas se afastam mais umas das outras, a 
perturbação demora ocorrer e diminui a intensidade de perturbação. 
Isso ocorre porque entre as placas carregadas existe um campo elétrico que perturbado 
pela presença de cargas elétricas, movimenta as partículas de ar presentes na chama, fazendo 
com que a chama se dívida. 
O distanciamento das placas revela mais uma vez que o campo elétrico diminui de 
intensidade à medida que a distância aumenta, por isso a perturbação é menor em cada 
posição que foram colocadas as placas. 
Abaixo, as questões sobre o experimento estão resolvidas: 
 
Experimento 4: Efeito do vento elétrico: o “torniquete” 
Durante a realização do experimento, pode-se notar que ao ligar o equipamento, após 
algum tempo a hélice (torniquete) começa a girar no sentido anti-horário devido à presença 
do campo elétrico. 
O tempo mínimo cronometrado para que a hélice começasse a girar foi de 
aproximadamente 6,8 s. Um detalhe que vale maior analise é que, depois do equipamento 
desligado, a hélice continua seu movimento até perder energia por atrito e parar, levando um 
tempo muito maior para que isso ocorra. O que pode-se constatar disso é que com a presença 
do campo elétrico, a força elétrica presente naquela região realizou trabalho sobre a hélice, 
dando movimento para a mesma fazendo-a girar devido ao ganho de momento angular, 
demorando mais tempo para parar do que para iniciar o movimento. 
 
 
 
 
 
 
 
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6. CONCLUSÕES 
O que pôde-se concluir de todos esses experimentos realizados é que o campo elétrico 
atua de forma a englobar todo o corpo carregado eletricamente e que ele interfere em tudo 
que interaja com ele. Além disso, é notável a importância do estudo a cerca dos 
conhecimentos da eletricidade, que pode ser facilmente reproduzida, observada, estudada e 
analisada em laboratório. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7. BIBLIOGRAFIA 
 
Dominguez, M. E. D., & Moreira, M. A. Significados atribuídos aos conceitos de campo elétrico e 
potencial elétrico por estudantes de física geral. Revista de ensino de física. Vol. 10 (dez. 1988), p. 
67-82. 
 
Dias, V. S., & Martins, R. D. A. (2004). Michael Faraday: o caminho da livraria à descoberta da 
indução eletromagnética. Ciência & Educação (Bauru), 517-530. 
 
Alves, V. C., & Stachak, M. (2005). A importância de aulas experimentais no processo ensino 
aprendizagem em física: eletricidade. XVI Simpósio Nacional de ensino de Física-SNEF. 
Universidade do Oeste Paulista-UNOESTE, Presidente Prudente-SP, 1-4.