Relatório Geral I - Lab Física III (1)

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Universidade do Estado de Mato Grosso
Campus Universitário de Tangará da Serra
Faculdade de Ciências Biológicas, Agrária, Engenharia e da Saúde
Curso de Engenharia Civil
Disciplina: Laboratório de Física Geral III
Prof. Dr. Emanuel Cardozo Diniz.
RELATÓRIO DE LABORATÓRIO DE FÍSICA III
Beatriz da Silva e Oliveira / 20220029415
Jorge David de Souza Rocha / 20220020590
Karen Luiza Araujo da Cruz / 20220020779
Kaue Chrystopher Antunes Santos / 20220012740
Tangará da Serra - MT
2023
RESUMO
Este relatório descreve uma série de experimentos realizados na área de
eletrostática. Inicialmente, ele explica os conceitos básicos da eletrostática,
incluindo a Lei de Coulomb e os processos de eletrização por atrito, contato e
indução. Em seguida, descreve os materiais e métodos utilizados para conduzir
experimentos envolvendo a eletrização de uma barra de polipropileno e sua
interação com diferentes objetos, como papel picado, uma esfera metálica, um
eletroscópio e um filete de água.
O relatório também descreve a utilização de um Gerador de Van de Graaff em
experimentos relacionados à eletrização e ao comportamento das cargas elétricas.
Estes experimentos envolvem a observação de descargas elétricas entre esferas, a
repulsão de cabelos de voluntários, a rotação de um torniquete elétrico, o
afastamento das extremidades de uma fita de alumínio e a influência de um campo
elétrico na chama de uma vela.
Além disso, o relatório descreve um experimento para observar as linhas de
campo elétrico geradas pelo Gerador de Van de Graaff. Este experimento envolveu
a utilização de óleo, sementes de gergelim e eletrodos de diferentes formas para
visualizar as linhas de campo elétrico.
Por fim, o relatório aborda experimentos relacionados ao potencial elétrico, a
quantidade de carga acumulada no gerador de Van de Graaff e a extensão das
centelhas geradas durante a descarga elétrica. Também são mencionados
experimentos com superfícies equipotenciais, linhas de força e campos elétricos
entre eletrodos planos e paralelos, bem como eletrodos puntiformes.
No geral, o relatório fornece uma visão abrangente dos experimentos
realizados na área de eletrostática, explorando uma variedade de conceitos e
fenômenos relacionados à eletricidade estática.
Palavras-chave: Eletrostática, Gerador de Van de Graaff, Eletrização.
Sumário
1. INTRODUÇÃO
2. ELETROSTÁTICA: PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
2.1. Objetivo
2.2. Materiais e Métodos
2.3. Resultados e Discussões
3. GERADOR DE VAN DE GRAAFF
3.1. Objetivo
3.2. Materiais e Métodos
3.3. Resultados e Discussões
4. OBTENÇÃO DE LINHAS DE CAMPO ELÉTRICO
4.1. Objetivo
4.2. Materiais e Métodos
4.3. Resultados e Discussões
5. A EXTENSÃO DA CENTELHA NO GERADOR DE VAN DE GRAAF E A
RIGIDEZ DIELÉTRICA
5.1. Objetivo
5.2. Materiais e Métodos
5.3. Resultados e Discussões
6. SUPERFÍCIES EQUIPOTENCIAIS, LINHA DE FORÇA E VETOR, CAMPO
ELÉTRICO ENTRE ELETRODOS PLANOS E PARALELOS E ELETRODOS
PUNTIFORMES
6.1. Objetivo
6.2. Materiais e Métodos
6.3. Resultados e Discussões
7. CONCLUSÃO
8. REFERÊNCIAS
1. INTRODUÇÃO
A eletrostática é a área da Física que consiste em estudos das cargas
elétricas que estão em repouso (estáticas). Os variados fenômenos que a envolvem
surgem a partir da ocorrência da força de atração e repulsão que as cargas elétricas
envolvem entre si. A Lei de Coulomb retrata exatamente o que acontece com essas
cargas, pois, segundo David Halliday (2016, p. 15): “Uma partícula carregada exerce
uma força eletrostática sobre outra partícula carregada. A direção da força é a da
reta que liga as partículas, mas o sentido depende do sinal das cargas.”. Um corpo
em seu estado de equilíbrio possui a mesma quantidade de cargas positivas e
negativas, onde elas se anulam, deixando-o neutro. Caso alguma ação cause uma
diferença em alguma de suas cargas, esse processo é chamado de eletrização.
Diz-se então que este corpo está eletricamente carregado, seja qual for o sinal de
sua carga. Esses processos são variados, sendo possível através de eletrização por
atrito, contato ou por indução.
O campo elétrico pode ser compreendido como um produto vetorial que
mede a quantidade de influência que uma carga energizada (positivamente ou
negativamente) vai gerar em um determinado espaço. Um corpo carregado
positivamente pode gerar um campo elétrico em qualquer localidade ao seu redor,
logo um ponto P qualquer - localizado próximo ao corpo -, irá sofrer influência desse
campo elétrico, mesmo que nesse ponto não haja presença de carga. Para Young e
Freedman (2009, p. 33), “Para verificar se existe campo elétrico em um dado ponto,
colocamos no referido ponto um corpo carregado, chamado de carga de teste.”, por
consequência, caso essa carga sofra influência de uma força elétrica, há naquele
ponto, um campo elétrico.
2. ELETROSTÁTICA: PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
2.1 OBJETIVO
Os experimentos a seguir têm como finalidade aprofundar o entendimento
sobre cargas elétricas e suas distribuições. Durante esses experimentos,
examina-se a presença de cargas negativas e positivas em materiais específicos.
Ao analisar as cargas quando são geradas, pode-se observar como elas interagem,
sendo capazes de se repelem ou se atraem quando entram em contato com os
materiais de estudo.
2.2 MATERIAIS E MÉTODOS
Para os experimentos de eletrostática, foram utilizados os seguintes materiais:
● Pedaços de papel picado ou isopor.
● Meias finas.
● Esfera metálica.
● Barra de polipropileno (tubo de caneta ou cano pvc).
● Água.
● Eletroscópio ou “balança elétrica”.
● Suporte para pêndulo.
Figura 1- Imagem da esfera metálica.
Fonte: Arquivo pessoal.
Figura 2- Eletroscópio
Fonte: Arquivo pessoal.
Os métodos seguidos para executar este experimento foram: picotar uma
folha de papel ou bolas de isopor, atritar a barra de polipropileno e movê-la na
direção do papel/isopor.
Já para o segundo procedimento, foi utilizado o eletroscópio de folha
descarregado, em seguida, movendo a barra de polipropileno carregada em direção
da ponteira do eletroscópio sem toca-la.
No terceiro procedimento, seus métodos de execução foram os seguintes:
mover a barra de polipropileno atritada para a parte superior do eletroscópio e
toca-la na base que se encontra na parte superior e logo em seguida, a afastando.
Para o quarto procedimento foi utilizado uma torneira com o intuito de obter
um filete de água, e em seguida aproximando a barra de polipropileno atritada do
filete e observando o que ocorre.
No quinto e último procedimento, amarre um canudo na ponta de uma linha e
atrite-o, em seguida, aproxime outro canudo atritado deste canudo e observe o que
ocorre.
Neste primeiro experimento, foi possível observar os efeitos eletrostáticos
produzidos pelos diferentes processos de eletrização, como o atrito, o contato e a
indução. Os resultados obtidos serão demonstrados e discutidos durante todos os
procedimentos, que foram seguidos (dispostos no tópico 2), a seguir.
Primeiramente, a barra de polipropileno foi carregada através do atrito entre a
barra e as meias finas utilizadas. Após a barra ser carregada, a barra foi movida na
direção dos pedaços de papéis dispostos sobre a bancada e posteriormente, foi
carregada novamente e movimentada até a esfera de aço que estava posicionada
em um suporte. Após esses procedimentos, é possível identificar os fenômenos
ocorridos em cada etapa:
Barra de polipropileno antes de atritá-la Barra de polipropileno depois de
atritá-la
Ao aproximar dos papeizinhos Ao aproximar da esfera metálica
Tabela 1: Representações de cada etapa descrita.
Com base nos processos de eletrização de cada uma das etapas:
Barra de polipropileno antes de atritá-la: o corpo está no seu estado
normal, ou seja, possui a mesma quantidade de cargas positivas e negativas (estão
em equilíbrio eletrostático, elas se anulam).
Barra de polipropileno depois de atritá-la: o trabalho mecânico desfaz
esse equilíbrio, transferindo carga entre os corpos; a barra depolipropileno passa a
ter mais cargas negativas, enquanto o tecido, mais cargas positivas.
Ao aproximar os papeizinhos: ocorre uma eletrização por indução
eletrostática, onde consiste em atribuir carga elétrica a um corpo utilizando outro
corpo carregado (neste caso, a barra de polipropileno carregada negativamente)
sem que haja contato entre eles; a indução eletrostática é caracterizada pelo
fenômeno da mudança no posicionamento das cargas elétricas ou na orientação
dos dipolos elétricos de um corpo, portanto, é o que acontece com os papeizinhos
quando a barra de polipropileno carregada se aproxima, ela atrai os dipolos
positivos contidos neste corpo.
Figura 3- Barra de polipropileno atraindo papéis.
Fonte: Arquivo pessoal.
Ao aproximar da esfera metálica: Ocorre a mesma indução eletrostática do
caso anterior, porém por se tratar de uma esfera de material condutor, ela acaba
conduzindo as cargas negativas que “sobram” da barra carregada até si próprio,
gerando uma descarga elétrica/corrente elétrica (podendo ser observada, onde ao
longo do percurso ioniza o ar e cria um pequeno plasma que emite radiação
eletromagnética, em parte, sob forma de luz); assemelha-se com o que acontece
com o trovão ou raio (descargas atmosféricas), porém, neste caso, com uma
intensidade muito maior.
Figura 4- Barra de polipropileno próximo à esfera.
Fonte: Arquivo pessoal.
No segundo procedimento, foi utilizado o eletroscópio de folhas (conforme
descrito no tópico 2). A barra de polipropileno foi novamente carregada através do
atrito gerado e posteriormente disposta próximo à direção do ponteiro do
eletroscópio, porém sem tocá-lo.
O terceiro procedimento foi basicamente o mesmo, porém dessa vez, a
barra carregada foi encostada na parte superior do eletroscópio. Com isso, foi
possível verificar os fenômenos gerados por essa interação. Ao encostarmos a
barra carregada negativamente na parte superior do eletroscópio, essa carga é
transferida para o sistema em questão, já que todo seu sistema é composto por
material condutor, onde no ponto em que os pólos estavam juntos (a fita de papel
alumínio com as duas extremidades próximas) elas se separam imediatamente ao
realizar esse contato. Esse fenômeno acontece visto que os dois lados do papel
alumínio recebem carga do mesmo dipolo (negativo) e resulta em uma repulsão
entre ambas as partes.
Figura 5- Barra de polipropileno próximo ao eletroscópio.
Fonte: Arquivo pessoal.
Posteriormente, foi verificado o fenômeno que ocorre ao aproximar a barra
carregada negativamente em relação a um filete de água contínua. Ao aproximar a
barra de polipropileno eletrizada, o filete de água desvia sobre ele (como podemos
observar na imagem). Isso acontece porque a indução eletrostática que ocorre na
água faz com que os dipolos negativos ficam dispostos a barra eletrizada, também
negativamente, gerando uma repulsão entre os campos elétricos das cargas do
mesmo dipolo.
Figura 6- Barra de polipropileno carregada próxima ao filete de água
corrente.
Fonte: Arquivo pessoal.
Após os fenômenos relacionados à barra de polipropileno, foram utilizados
dois canudos para ser possível observar a interação entre dois corpos compostos
pelo mesmo material carregados através do atrito. Como os canudos são
semelhantes (compostos pelo mesmo material), ao eletrizá-los, são carregados com
a mesma carga (mesmo dipolo), que neste caso é o mesmo da barra de
polipropileno dos procedimentos anteriores, ou seja, os canudos ficam carregados
negativamente. Ao aproximá-los, ocorre semelhantemente com o que aconteceu no
procedimento 4; por serem do mesmo dipolo, os dois corpos tendem a se repelir
como pode ser observado na imagem a seguir.
Figura 7- Canudos carregados ao se aproximarem.
Fonte: Arquivo pessoal.
3. GERADOR DE VAN DE GRAAFF
3.1.OBJETIVO
O seguinte experimento tem como objetivo investigar diversos conceitos ligados à
eletricidade e à eletrostática, com o propósito de demonstrar como os objetos
adquirem carga elétrica quando são atritados entre si. Além disso, buscam-se
explicar os fenômenos de atração e repulsão entre cargas elétricas, bem como as
interações envolvendo essas cargas.
3.2. MATERIAIS E MÉTODOS
Para os experimentos usando o gerador de Van de Graaff foram
utilizados:
● Gerador de Van de Graaff.
● Torniquete elétrico.
● Eletrodo com ponta.
● Uma esfera auxiliar de descarga.
● Conexões elétricas com pinos de pressão.
● Eletrodo com gancho e fita de alumínio.
● Vela.
● Voluntários.
Os métodos que foram utilizados para realizar este experimento foram:
conectar o gerador de Van de Graaff à energia elétrica e deixá-lo funcionar por
alguns instantes, em seguida, aproximar a esfera menor do gerador e observar o
que ocorre no cabelo de um voluntário.
Para o segundo procedimento, insira um eletrodo com ponta na esfera e
sobre o gerador, o torniquete elétrico e ligue o gerador.
No procedimento 03, insira o eletrodo com gancho e fita de alumínio no
gerador e ligue-o, observe o que ocorre.
Para o quarto e último procedimento, ligue o gerador de Van de Graaff,
acenda uma vela, aproxime a vela, e observe o resultado.
Figura 8- Gerador de Van de Graaf e da esfera auxiliar de descarga.
Fonte: Arquivo pessoal.
Figura 9- Gerador de Van de Graaff e do eletrodo com gancho e fita
de alumínio.
Fonte: Arquivo pessoal.
3.3. RESULTADO E DISCUSSÕES
Com este experimento é possível observar o comportamento de um campo
elétrico através da eletrização por atrito e transferências de cargas contidas no
gerador de Van de Graaff.
Ao ligar o gerador, observa-se que o atrito da correia começa a carregar todo
o sistema (através da eletrização por atrito da correia) com as diferenças de
potenciais elétricos, tirando assim o sistema do seu estado de equilíbrio. Ao
aproximar a esfera menor da “cabeça” do gerador, é possível observar alguns
pequenos raios/faiscamento (descargas elétricas) entre as duas esferas, além de
um nítido estalo. Isso ocorre, visto que as esferas estão carregadas por polos
diferentes, onde essa diferença de potencial gera uma grande atração entre elas,
onde ao longo do percurso ioniza o ar e cria um pequeno plasma que emite
radiação eletromagnética, em parte, sob forma de luz e outra parte em forma de
som.
Figura 10- Momento de uma descarga elétrica ao aproximar o torniquete do
gerador.
Fonte: Arquivo pessoal.
Em seguida, foi colocado uma pessoa com o cabelo próximo ao gerador, é
possível observar que os fios começaram a se repelir, pois o gerador acaba
transferindo sua carga que está em acesso para o corpo que está próximo (cabelo,
neste caso), onde o mesmo ficam inteiramente carregado com cargas iguais,
causando o efeito de repelir.
Após essa etapa, foi inserido um torniquete elétrico na parte superior do
gerador. Ao ligá-lo foi visto que o torniquete começou a girar em sentido horário.
Isso acontece porque há uma transferência do excesso de carga da superfície da
esfera do gerador até o torniquete, onde em um condutor elétrico eletrizado as
cargas tendem a se concentrar nas suas pontas/extremidades (assim como
acontece na esfera, todas as cargas concentram-se nas extremidades e no centro
não há nenhuma carga), com isso o campo elétrico fica inteiramente nas regiões
externas, onde resulta em um aumento na força de repulsão elétrica entre as cargas
(já que todo o torniquete está carregado com o mesmo pólo de carga), fazendo com
que as cargas elétricas se “empurrem”, gerando assim a rotação em seu eixo.
Figura 11- Torniquete elétrico em rotação no sentido horário.
Fonte: Arquivo pessoal.
Em seguida, foi retirado o torniquete e inserido um eletrodo com o gancho e
uma fita de alumínio nele. Ao ligar o gerador, foi visível que as extremidades se
distanciaram entre si. Isso acontece, pois a condução por contato faz com que todo
o sistema, inclusive o alumínio, adquira o mesmo carregamento de carga do
gerador; como foi dito no procedimento anterior, as cargas tendem a saírem para asextremidades do corpo em que estão, com isso elas são direcionadas para as
pontas da tira do papel de alumínio. Como a carga nas duas pontas possuem o
mesmo polo, elas se repelem, causando o afastamento instantâneo das
extremidades.
Figura 12- Fita de alumínio se repelindo, adquirindo a carga do
gerador.
Fonte: Arquivo pessoal.
Fonte: Arquivo pessoal.
No último procedimento, foi acesa uma vela e exposta próxima ao gerador.
Ao aproximar cada vez mais da esfera do gerador, é perceptível que a chama da
vela mudou de direção e à medida que aproxima cada vez mais, mais altera a
intensidade desse “desvio” da direção da chama da vela, até mesmo conseguindo
apagar caso se aproxime muito. Isso acontece visto que o campo elétrico gerado ao
redor da esfera do gerador de Van de Graaf possui direção e ioniza o ar em todo o
redor de acordo com as condições e correntes de elétrons.
Figura 13- A chama da vela muda de direção ao se aproximar do gerador
Fonte: Arquivo pessoal.
4. OBTENÇÃO DE LINHAS DE CAMPO ELÉTRICO
4.1. OBJETIVO
O propósito do experimento a seguir é mapear as linhas de força que
se formam entre eletrodos de diferentes geometrias e, a partir dessa análise
das linhas de força, interpretar o comportamento do campo elétrico nas
proximidades de dois eletrodos com formatos distintos.
4.2. MATERIAIS E MÉTODOS
Para obter as linhas de campo elétrico, foram utilizados no experimento os
seguintes materiais:
● Gerador de Van de Graaff.
● Uma mesa projetável com fixadores e bornes.
● Uma esfera auxiliar de descarga.
● Uma conexão elétrica preta com pinos de pressão.
a. Um conjunto de eletrodos com:
i. Um eletrodo em forma de anel.
ii. Dois eletrodos retos.
iii. Pó de algum material bem leve.
iv. Óleo de cozinha ou outro tipo de material isolante.
● Voluntários.
Primeiramente, foi executada a montagem do experimento conforme o
roteiro, após isto, utilizamos o gerador Van de Graaff possuindo a capacidade de
eletrização de cargas negativas e positivas nos eletrodos do experimento, no que
esses são conectados a base e ao topo do gerador, o qual a base possui excesso
de cargas negativas e o topo excesso de cargas positivas. Seguidamente,
conecta-se os cabos sobre o gerador, logo após despejamos uma pequena
quantidade de óleo na base de petri. Em seguida, posicionamos os eletrodos sobre
a base de forma que ficassem paralelos e ligamos o gerador.
Os métodos utilizados para executar este experimento foram os seguintes:
para o procedimento 01, primeiramente, disponha todos os materiais supracitados
sobre a mesa e monte-os de acordo com a próxima imagem.
Figura 14-Experimento montado.
Em seguida, posicione a cuba cilíndrica sobre a parte central da mesa,
afastando-a das extensões articuláveis, após isto, posicione os eletrodos no centro
na cuba a uma distância de 30~40 mm um do outro e encoste os eletrodos pontuais
sobre os eletrodos retos/circulares e fixe-os nos contatos magnéticos (assim como
na figura 10). Após este passo, coloque óleo de cozinha na cuba até submergir os
eletrodos espalhe o material em forma de pó escolhido (no caso deste experimento
foi utilizado as sementes de gergelim), ligue o gerador o observe. Repita o
procedimento, porém, desta vez utilizando eletrodos circulares.
4.3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste experimento, é perceptível observar que a obtenção das linhas de
campo elétrico desempenham a tarefa fundamental na visualização e análise das
propriedades das cargas elétricas e um espaço que se comportam em três
dimensões (altura, largura e profundidade).
Inicialmente, o primeiro procedimento foi utilizando apenas os eletrodos
energizados pelo gerador, assim, cada eletrodo continha uma carga própria. Após o
gerador ser ligado, a placa de petri continha cargas positivas e negativas em
excesso, e sequencialmente, jogando sementes de linhaça (sementes leves) em
cima da placa, a visualização das linhas de campo foram possíveis. Visualmente, o
comportamento das linhas de campo examinadas teve o seguinte comportamento:
Figura 15 - Representação vetorial de duas cargas com sinais opostos.
Fonte: Brasil Escola.
Isso ocorre devido aos sinais contrários das cargas contidas nos polos da
placa de petri, sendo que cargas positivas geram linhas de campo elétrico (ou linhas
de força) apontando para dentro da carga, enquanto as linhas de força da carga
positiva apontam para fora. Desse modo, pode-se deduzir que um sistema formado
por duas cargas elétricas de sinais opostos, as linhas de força partem sempre da
carga de sinal positivo para a de sinal negativo, assim também podemos concluir
que as linhas de força que partem do sinal positivo são maiores do que o número de
linhas de força que chegam no sinal negativo, logo, em módulo a carga de sinal
positivo será maior que a do sinal contrário, como mostra a figura 15.
Utilizando eletrodos retos e paralelos, a visualização das linhas de campo
elétrico se deram de maneira diferente, ou seja, a geometria curva vista na situação
anterior não foi vista na nova situação, por causa do posicionamento dos eletrodos
ao redor da placa.
Conforme a imagem, podemos observar que as linhas de força são
alinhadas, constantes e perpendiculares à superfície dos eletrodos.
Figura 16 - Linhas de força formadas em eletrodos retos e paralelos.
Fonte: Arquivo pessoal.
Ao fim, o último procedimento foi utilizado eletrodos circulares de mesmo
centro, sendo o círculo interno energizado com carga negativa e o externo com
carga positiva. Conclui-se que houve um alinhamento interno e o externo, ficou com
formato de uma curva, devido às linhas de força estarem apontando para fora da
carga, devido a presença de dois eletrodos de tamanhos diferentes, porém contidos
no mesmo centro. Ao observar a imagem a seguir, é possível notar que a forma
alinhada das linhas de força interna, isso também se dá ao fato de que os círculos
estão muito próximos um dos outros, logo, as linhas de campo do eletrodo positivo
chegavam de maneira perpendicular ao círculo, nas linhas dos eletrodos negativos.
Figura 17- Linhas de força formadas em eletrodos circulares
concêntricos.
Fonte: Arquivo pessoal.
5. A EXTENSÃO DA CENTELHA NO GERADOR DE VAN DE GRAAF E A
RIGIDEZ DIELÉTRICA
5.1. OBJETIVO
O objetivo do experimento é avaliar a capacidade de um material isolante,
conhecido como dielétrico, em suportar uma tensão elétrica antes de perder sua
capacidade de isolamento.
5.2. MATERIAIS E MÉTODOS
Os experimentos foram feitos com o intuito de observar a extensão da
centelha a partir do gerador de Van de Graaff.
● Gerador de Van de Graaff
● Cabeça esférica
● Esfera de carga
● Uma trena
Para realizar este experimento, ligue o gerador de Van de Graaff e deixe-o
acumular carga, em seguida, aproxime lentamente a esfera de carga do gerador, no
momento em que ocorrer a descarga elétrica, pare de aproximar a esfera e a
mantenha no mesmo lugar e meça a distância do gerador à esfera.
No início do primeiro experimento, calculamos a extensão da circunferência
da esfera do gerador, em torno da sua linha equatorial. Para calcularmos o raio do
gerador utilizamos a seguinte equação:
C = 2πr
Em seguida calculamos o potencial máximo que é determinado pelo trabalho
realizado por uma força elétrica para deslocar uma carga de um campo elétrico.
Empregando a expressão:
Vmáx= R . Emáx
Após isso é determinado a quantidade de carga que está na superfície do
gerador, utilizando a seguinte fórmula:
Q = Vmáx . R / V
Em seguida calculamos a área da esfera usando : A0-1 = 4.π.r2
Posteriormente, calculamos a diferença entre as duas esferas, levando em
consideração a informação fornecida de que A1 (calota menor) corresponde a 8,8%
de A0 (calota maior).
5.3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste primeiro experimento, é visto que o ar contém vestígios de moléculas
ionizadas, que podem se tornar condutivas quando submetidas a campos elétricos
intensos. Sob a influência desses potenciais elétricos elevados, as moléculas de aradquirem energia cinética e colidem umas com as outras. Como resultado dessas
colisões, as moléculas podem perder elétrons, gerando assim elétrons livres. Sendo
assim, formando um fulgor de luz.
Figura 18- Rigidez dielétrica
Fonte: Arquivo Pessoal.
Seguindo o segundo experimento, utilizando as mesmas informações
cálculos obtidos no primeiro experimento, ao encontrar o valor de carga elétrica
acumulada no gerador, é possível discutir sobre a densidade superficial do
gerador, sobre a razão entre a quantidade de carga elétrica acumulada e área da
superfície do gerador.
Partindo disso, existem fatores atmosféricos que influenciam diretamente,
tais como: umidade, temperatura e pressão atmosférica. Referente a umidade, no ar
por ter presença de água torna-se um excelente condutor de energia, comparado
com ar mais seco, logo em ambientes úmidos facilita o centelhamento. Por outro
lado, a temperatura mais baixa afeta a condução de transporte de energia elétrica,
diferente das mais elevadas, que facilita a locomoção de energia elétrica.
6. SUPERFÍCIES EQUIPOTENCIAIS, LINHA DE FORÇA E VETOR, CAMPO
ELÉTRICO ENTRE ELETRODOS PLANOS E PARALELOS E ELETRODOS
PUNTIFORMES
6.1. OBJETIVO
A análise do campo elétrico resultante de diferentes configurações de
eletrodos é essencial para a compreensão do comportamento das cargas elétricas
em sistemas eletrostáticos. Neste roteiro, abordaremos os resultados relativos às
superfícies equipotenciais, às linhas de força e ao vetor campo elétrico em duas
configurações distintas: eletrodos planos e paralelos, e eletrodos puntiformes.
Eletrodos Planos e Paralelos: Em um sistema composto por eletrodos planos e
paralelos, a distribuição de carga é uniforme e os eletrodos são mantidos a um
potencial elétrico constante. Isso gera um campo elétrico uniforme entre os
eletrodos.
Eletrodos Puntiformes: No caso de eletrodos puntiformes, as cargas estão
concentradas em pontos específicos do espaço. As superfícies equipotenciais
formam-se como esferas concêntricas ao redor dos eletrodos, com os potenciais
elétricos diminuindo à medida que nos afastamos do eletrodo carregado. As linhas
de força irradiam dos eletrodos e se estendem radialmente em todas as direções.
6.2. MATERIAIS E MÉTODOS
Para os experimentos envolvendo os eletrodos retos, foram utilizados os
seguintes materiais:
● Cuba fundo plano.
● Escala quadrangular flexível e transparente.
● Ponteira.
● Eletrodo reto com ponto de conexão.
● Um cabo elétrico flexível, vermelho.
● Três cabos elétricos flexíveis, preto.
● Interruptor multiuso com três posições.
● Fonte de alimentação com saída ajustável de 0 a 30 VCC.
● Multímetro digital.
● Copo béquer de 250 mL.
● 300 mL de água.
Figura 19 –Cuba e da malha quadrangular.
Fonte: Arquivo pessoal.
Figura 20 - Interruptor de três posições
Fonte: Arquivo pessoal.
Figura 21- Multímetro digital utilizado.
Fonte: Arquivo pessoal.
Já para o experimento com o eletrodo puntiforme, os materiais utilizados
foram:
● Cuba fundo plano.
● Escala quadrangular flexível e transparente.
● Ponteira.
● Eletrodo puntiforme com ponto de conexão.
● Um cabo elétrico flexível, vermelho.
● Três cabos elétricos flexíveis, preto.
● Interruptor multiuso com três posições.
● Fonte de alimentação com saída ajustável de 0 a 30 VCC.
● Multímetro digital.
● Copo béquer de 250 mL.
● 300 mL de água.
Para os experimentos envolvendo superfícies equipotenciais , primeiramente,
disponha sobre a bancada todos os materiais, e em seguida, monte-os da seguinte
forma.
Logo após, posicione o multímetro na função de voltagem e em 20V e faça as
medições utilizando a ponteira.
6.3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Partindo do experimento de linhas de campo elétrico, o experimento de
superfícies equipotenciais tem como principal objetivo procurar pontos com o
mesmo potencial elétrico, além de observar na prática que a mudança do valor do
potencial elétrico está diretamente ligada às linhas de campo elétrico, logo,
eletrodos de diferentes formatos podem interferir diretamente no mapeamento das
linhas de mesmo potencial elétricos (equipotenciais). A seguir serão analisados dois
casos.
Pontos equipotenciais obtidos no experimento:
Fonte: Arquivo pessoal.
Na figura observa-se os pontos equipotenciais obtidos no laboratório. Como
os eletrodos utilizados foram duas barras, e ambas as barras eram retas e
paralelas, às linhas de campo formadas seguiam a mesma direção – do amarelo
para o roxo como mostra a figura –, logo os pontos de mesmo potencial elétrico
eram alinhados, assim podemos fazer a constatação óbvia que o campo elétrico
gerado por esses eletrodos energizados, é uniforme. As marcações de tensões
elétricas marcadas pelo multímetro em ordem crescente foram:
Tabela 02 - Pontos Coletados com os eletrodos retos.
Fonte: Arquivo Pessoal.
Figura 22- Medição das diferenças de potencial.
Fonte: Arquivo Pessoal
Posteriormente, utilizando apenas um eletrodo circular carregado
positivamente e outro uma barra carregada negativamente, os pontos equipotenciais
mapeados foram completamente alterados, mesmo utilizando as mesmas tensões
anteriores.
Figura 23- Experimento com os eletrodos puntiformes montado.
Volts (V) X (mm) Y (mm) Volts (V) X (mm) Y (mm) Volts (V) X (mm) Y (mm)
3V
-3 -31
5V
-66 -59
8V
-70 -93
-43 -30 -25 -60 -31 -92
-45 -31 4 -58 10 -91
-70 -31 41 -57 38 -90
-84 -32 86 -59 75 -92
Fonte: Arquivo Pessoal.
Pontos equipotenciais utilizando um círculo como eletrodo.
Fonte: Arquivo pessoal.
Para mapear os pontos equipotenciais, a diferença é ocasionada pelo formato
do eletrodo, as linhas de campo não seguem mais o movimento em formato
retilíneo, agora a geometria dessas linhas de campo é em formato de curvas. A
parte toda pintada de roxo mostrada na figura, mostra a região dentro do eletrodo
circular, tal região possui linhas de campo constante, logo os potenciais elétricos
contidos naquela área serão todos iguais.
Tabela 03 - Pontos Coletados com os eletrodos cilíndricos.
Volts (V) X (mm) Y (mm) Volts (V) X (mm) Y (mm) Volts (V) X (mm) Y (mm)
3V
-88 -27
5V
-65 -65
8V
-35 -90
-63 -39 -40 -63 -26 -75
-19 -34 2 -62 3 67
34 -34 31 -60 27 -106
52 -13 67 -58 39 -117
Fonte: Arquivo Pessoal.
7. CONCLUSÃO
Analisando de forma geral, os experimentos apresentaram resultados justos,
com cada um reagindo na prática adequadamente de acordo com a teoria, os
efeitos eletrostáticos puderam ser observados facilmente em cada atividade. Em
relação às cargas, existe sempre atração entre cargas opostas, bem como repulsão
entre cargas carregadas eletricamente iguais. Assim sendo, o campo elétrico só
existe se esse fluxo das cargas opostas ocorre, independentemente se for entre
cargas pontuais ou puntiformes.
De forma prática tem-se que ao atritar um objeto, este por sua vez, é
carregado negativamente, ou seja, ganha elétrons e dessa forma se torna uma
carga negativa que atrai as demais, como visto na primeira atividade com os papéis,
e até mesmo a água que ainda sendo dipolo, sua parte positiva é atraída.
Ainda, as interações entre cargas opostas geram um campo elétrico, ou seja,
a ação entre as cargas elétricas, e dentro desse campo as cargas elétricas estão
sujeitas às forças de interação entre as cargas. Como visto na atividade 3 não existe
campo elétrico em uma esfera maciça uma vez que as cargas ficam na superfície
externa da mesma, além disso as linhas de campo ficam orientadas da mesma
maneira que as cargas se atraem, do polo positivo para o polo negativo.
8. REFERÊNCIAS:
GOUVEIA, Rosimar. Carga elétrica. Toda matéria. Rio de Janeiro: 2013. Disponível em:
Carga Elétrica - Toda Matéria (todamateria.com.br). Acesso em: 19 set. 2023.
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; KRANE, Kenneth. Física 3. 4ª Edição. Rio de
Janeiro. 1996.
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física - Eletromagnetismo -
Volume 3. [s.l: s.n.].
LAGE, Eduardo. Eletrostática. Revista de Ciência Elementar, v. 9, n. 1, 2021. Disponívelem: https://rce.casadasciencias.org/rceapp/art/2021/015/. Acesso em: 12 set. 2023.
MELO, Pâmella Raphaella. "Série triboelétrica"; Brasil Escola. Disponível em:
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/serie-triboeletrica.htm. Acesso em: 19 de setembro de
2023.
Ruptura dielétrica. [s.l: s.n.]. Disponível em:
https://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem1_2010at
e100715/FredericoC-Monica-Ref2.pdf.
SEARS, Francis. ZEMANSKY, Mark. YOUNG, Hugh. Física 3 Eletricidade e
Magnetismo. 2ª Edição. Rio de Janeiro. 1984.
FERRAZ NETTO, Luiz. Feira de Ciência. Gerador eletrostático de Van de Graaff.
Disponível em:
https://www.ifsc.usp.br/~strontium/Teaching/Material2010-2%20FFI0106%20LabFisicaIII/App
01b%20Eletrostatica.pdf . Acesso em 13 set 2023.
FREEDMAN, Roger A.; YOUNG, Hugh D. Física III. 14. ed. São Paulo: Pearson Education
do Brasil, 2015.
Contribuição dos integrantes do grupo.
O integrante Jorge David contribuiu na coleta de dados e na execução dos resultados e
discussões.
O integrante Kaue contribuiu com a escrita, coleta de dados e descrição dos materiais e
métodos.
A integrante Beatriz contribuiu na coleta de dados, conclusão, resumo e revisão do relatório.
A integrante Karen Luiza contribuiu na coleta de dados e execução dos resultados e
discussões.