R3 - Laboratório de Eletromagnetismo

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM.
FACULDADE DE TECNOLOGIA - FT.
ENGENHARIA ELÉTRICA - ELETROTÉCNICA.
GISELLE LEAL MARINHO.
JOÃO PEDRO CANTUÁRIA DA SILVA NETO.
RELATÓRIO 3 - CAMPO ELÉTRICO E POTENCIAL ELÉTRICO.
Manaus - AM.
2022
GISELLE LEAL MARINHO.
JOÃO PEDRO CANTUÁRIA DA SILVA NETO.
RELATÓRIO 3 - CAMPO ELÉTRICO E POTENCIAL ELÉTRICO.
Terceiro relatório da Disciplina de
Laboratório de Eletromagnetismo,
apresentado ao Curso de Engenharia
Elétrica (com ênfase em Eletrotécnica)
como requisito para obtenção de nota
parcial.
Orientador: M.Sc André Henrique
Lameira dos Santos.
Manaus - AM.
2022
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SUMÁRIO
INTRODUÇÃO 4
DESENVOLVIMENTO 5
Experimentação em ambiente virtual: 5
CONCLUSÃO 10
Experimento Prático: 10
REFERÊNCIAS 12
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INTRODUÇÃO
Este relatório tem como objetivo narrar os passos laboratoriais adotados no
ensaio de tema Campo Elétrico e Potencial Elétrico, assim como apresentar os
demais resultados que foram obtidos pela prática da mesma. Visando também o
aprendizado e compreensão por meio da prática, com base na teoria acerca do
assunto estudado.
Neste caso, tendo em pauta o assunto Campo Elétrico e Potencial Elétrico,
como no modelo atômico entende-se que os átomos são compostos por partículas
subatômicas sendo estas nêutrons, prótons e elétrons e que as mesma possuem
cargas elementares, no caso, positivas se houver um número maior de prótons em
relação aos elétrons, e negativo caso a quantidade de elétrons for superior ao
número de prótons. Logo, devido a essa característica, os corpos carregados
geram um campo elétrico e quando interagem entre si podem exercer força elétrica
de repulsão (cargas de sinais iguais) ou atração (Cargas de sinais opostos)
Uma carga elétrica cria em torno de si um campo elétrico cuja intensidade
diminui na medida em que a distância aumenta, devido essa variação é possível
realizar a plotagem de linhas no campo elétrico, com o objetivo de visualizar a
orientação e a intensidade do campo elétrico no ponto almejado.
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DESENVOLVIMENTO
Experimentação em ambiente virtual:
Procedimentos laborais pontualmente desenvolvidos, a seguir, tendo como
base as instruções do manual apresentado:
Primeiramente, ajustou-se os dados no ambiente de simulação virtual PhET
disponibilizado de forma online, como orientado, colocou-se uma carga positiva e
uma carga negativa fazendo-as interagir conforme a variação da distância entre
ambas. (Como consta na figura 1 e figura 2 abaixo).
Figura 1. Fonte: Propria. Figura 2. Fonte: Propria.
No primeiro momento, a figura 1 demonstra as linhas de força resultantes no
campo elétrico, partindo da carga positiva e adentrando a carga negativa,
analisando essas linhas em comparação com as da figura 2 é notório que o
comportamento está diretamente relacionado com a distância, fazendo o confronto
entre os dois resultados, percebeu-se que houve atração entre as cargas, uma vez
que se tratam de sinais opostos e que quanto menor a distância, maiores são as
distorções das linhas, conforme o esperado devido a intensidade do campo elétrico
ser mais forte próximo às cargas.
Por meio da ferramenta voltímetro, foi possível analisar a diferença de
potencial no meio de propagação, ou seja, o campo em que todos os pontos, a
princípio, apresentam o mesmo potencial e realizou-se a medição da tensão
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apresentada em diferentes pontos escolhidos casualmente. Isso resultou na figura
3 abaixo, onde é possível analisar o comportamento do campo e potencial elétrico,
de modo significamente simétrico e uniforme, quanto mais perto das cargas maior
é a tensão obtida, dentre tanto, ficam atribuídas aos sinais da carga, como é
notório a seguir, onde a carga do lado esquerdo e vermelho possuem um potencial
positivo e a carga do lado direito e azul tem potencial negativo é interessante
ressaltar que por se tratar de dados lineares e simétricos, quando coloca-se o
voltímetro no ponto central entre as cargas existe um certo equilíbrio resultando na
tensão de 0 Volts.
Figura 3. Fonte: Propria.
Colocou-se uma carga (sensor) em ponto escolhido de modo arbitrário, por
meio do voltímetro o potencial nesse ponto foi mensurado em -2,220 volts, o valor
negativo do resultado se deu pelo fato da carga puntiforme ser plotada no canto
inferior direito, como pode ser visto na figura 4, tornando-se mais próxima ao
potencial da carga negativa do que a da carga positiva.
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Figura 4. Fonte: Propria.
Analisando o que acontece com o campo e o potencial elétrico da imagem
anterior e posteriormente aproximando as cargas, notou-se que as linhas de campo
elétrico e as tensões acabaram por variar, sendo que as linhas se distorcem mais
quandos as cargas estão mais próximas, e a tensão no ponto puntiforme diminui
conforme a carga positiva foi aproximada.
Quanto mais perto a carga puntiforme estiver das cargas, maior é a tensão
obtida, neste caso a carga foi colocada de forma arbitrária mais a direita, onde se
localiza a carga negativa obtendo a tensão de -2,220 Volts.
Após isso, adicionou-se mais duas cargas positivas ao sistema, de modo
que todas as cargas positivas ficassem à mesma distância da carga negativa,
utilizando o voltímetro para verificar o potencial no ponto onde foi colocado o
sensor.
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Figura 5. Fonte: Propria.
Em seguida, a mensuração do valor do potencial foi de 9,174 Volts, um
valor maior do que o encontrado antes, como é possível observar na figura 5, as
cargas influenciam toda intensidade e direção do campo elétrico, assim como o
valor do potencial onde o sinal que antes era negativo agora é majoritariamente
positivo.
Por fim, reiniciou-se a simulação e adicionou-se apenas uma carga negativa
no espaço, por meio do voltímetro verificou-se o potencial em pontos situados à
mesma distância da carga e posteriormente distância cada vez maiores como
pode-se ver na figura 6 e 7 consecutivamente.
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Figura 6. Fonte: Propria. Figura 7. Fonte: Propria.
Em ambas as imagens é possível notar que a intensidade do campo elétrico
depende exclusivamente da distância quando se trata de uma carga isolada e da
interação do campo elétrico de outras cargas quando presente no sistema.
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CONCLUSÃO
Em suma, analisando os dados obtidos por meio da experimentação é
possível concluir que intensidade de campo elétrico se manteve como o esperado,
como características principais tem-se o comportamento das linhas de força no
campo elétrico presentes na figura 1, onde é possível verificar as linhas dos
vetores campo elétrico que partem da carga positiva para a carga negativa.
Também verificou-se o comportamento do campo elétrico, no qual por meio
de um voltímetro, obtiveram-se os diferentes valores de tensão ao decorrer do
aumento da distância, menor a tensão.
Outro ponto interessante para citar é fazer o confronto entre a
experimentação online com o experimento prático realizada no laboratório de
máquinas elétricas com o roteiro descrito a seguir.
Experimento Prático:
Utilizando a máquina de Wimshurst, preparou-se o experimento para
verificar as linhas de campo na interação entre duas cargas (estas sendo cargas
fornecidas pela máquina de Wimshurst, retratada na figura 8) em placas paralelas
e circulares propiciando a convergência ou divergência de cargas positivas ou
negativas.
Figura 8. Fonte: Propria.
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Primeiramente, no experimento com as placas paralelas, utilizando sementes
de gergelim em meio ao óleo de soja, nota-se que as linhas formadas pelas
sementes na figura 9 se assemelham com as linhas de campo elétrico da figura 10.
Figura 9. Fonte: Propria. Figura 10. Fonte: Propria.
Por fim, utilizando a placa circular em meio a mesma solução anterior,
mesmo que de forma sutil, as sementes de gergelim mais uma vez se
comportaram como as linhas de campo elétrico da figura 12, resultando na prática
toda teoria abordada.
Figura 11. Fonte: Propria. Figura 12. Fonte: Propria.
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REFERÊNCIAS
SANTOS A.H. L.. R3 - Laboratório de eletromagnetismo. 2022. Manual dos
procedimentos laborais. Disponibilizado pelo professor no ambiente virtual
classroom.
PhET - Interactive Simulations; Plataforma disponível em:
<https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/charges-and-fields.>. Último acesso em
14/07/2022.