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<p>UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS -UFAL</p><p>INSTITUTO DE FÍSICA – IF</p><p>Cidade Universitária, Tabuleiro dos Martins, CEP: 57072-970, Maceió-Al</p><p>Disciplina: Laboratório de Física 2</p><p>Professora:Wandearley da Silva Dias</p><p>Erivelton Lázaro Juviniano Costa</p><p>Rafaela Ferreira de Deus</p><p>RELAÇÃO ENTRE CAMPO E POTENCIAL ELÉTRICO</p><p>Maceió, AL</p><p>Setembro, 2024</p><p>UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS -UFAL</p><p>INSTITUTO DE FÍSICA – IF</p><p>Cidade Universitária, Tabuleiro dos Martins, CEP: 57072-970, Maceió-Al</p><p>Erivelton Lázaro Juviniano Costa</p><p>Rafaela Ferreira de Deus</p><p>RELAÇÃO ENTRE CAMPO E POTENCIAL ELÉTRICO</p><p>Relatório experimental apresentado à</p><p>disciplina de Laboratório de Física 2 como</p><p>requisito avaliativo sob orientação da</p><p>professora Wandearley da Silva Dias.</p><p>Maceió, AL</p><p>Setembro, 2024</p><p>SUMÁRIO</p><p>1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2</p><p>2. OBJETIVO 3</p><p>3. MATERIAIS E MÉTODOS 3</p><p>4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 6</p><p>5. CONCLUSÃO 10</p><p>6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 11</p><p>1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA</p><p>O estudo dos fenômenos eletrostáticos é fundamental para compreender as</p><p>interações entre cargas elétricas e seus efeitos em diferentes materiais. O</p><p>experimento proposto visa investigar a relação entre o campo elétrico e o potencial</p><p>elétrico por meio da determinação de superfícies equipotenciais em uma cuba</p><p>eletrolítica preenchida com uma solução de sulfato de cobre (CuSO₄). Utilizando</p><p>eletrodos circulares e planos, o experimento permite a observação do comportamento</p><p>do campo elétrico gerado e a visualização das superfícies equipotenciais que surgem</p><p>em torno dos eletrodos.As superfícies equipotenciais são regiões onde o potencial</p><p>elétrico é constante, e sua análise é essencial para entender como a energia elétrica se</p><p>distribui em um campo. Além disso, ao mapear essas superfícies, podemos observar</p><p>fenômenos como a blindagem eletrostática e a variação do potencial em diferentes</p><p>pontos do campo elétrico. O uso de um multímetro na função de voltímetro permitirá</p><p>a medição precisa da diferença de potencial entre os eletrodos, facilitando a</p><p>compreensão da relação matemática que conecta o campo elétrico e o potencial.Esse</p><p>experimento não apenas reforça conceitos teóricos, mas também ilustra aplicações</p><p>práticas da eletrostática, essenciais em áreas como eletricidade e eletrônica. Por meio</p><p>da coleta e análise de dados experimentais, os alunos poderão elaborar diagramas</p><p>que representam as superfícies equipotenciais e as linhas de campo elétrico,</p><p>promovendo uma compreensão mais profunda das propriedades eletrostáticas.</p><p>● Relação entre Campo Elétrico e Potencial Elétrico</p><p>O campo elétrico está relacionado à variação do potencial elétrico no espaço. Em</p><p>termos matemáticos, o campo elétrico é igual ao gradiente negativo do potencial</p><p>elétrico. Isso significa que o campo elétrico aponta na direção em que o potencial</p><p>diminui mais rapidamente e tem uma magnitude proporcional à taxa de variação do</p><p>potencial.</p><p>E = Campo Elétrico.</p><p>∇V= Gradiente do Potencial Elétrico (Taxa de Variação Espacial do Potencial).</p><p>Isso implica que, ao derivar o potencial elétrico em relação à posição, obtemos o</p><p>campo elétrico. Por exemplo, em um campo uniforme, a variação do potencial é</p><p>linear, enquanto em campos não-uniformes, como em torno de cargas pontuais, essa</p><p>variação é não-linear.</p><p>2. OBJETIVO</p><p>O experimento tem como objetivo mapear superfícies equipotenciais em uma</p><p>cuba eletrolítica com solução de CuSO4 e investigar o comportamento do campo</p><p>eletrostático.</p><p>3. MATERIAIS E MÉTODOS</p><p>3.1 MATERIAIS UTILIZADOS:</p><p>● Multímetro</p><p>● Cuba eletrolítica</p><p>● Fios</p><p>● Papel milimetrado;</p><p>● Fonte de tensão;</p><p>● Vareta de metal</p><p>● Solução de Sulfato de Cobre (CuSO4)</p><p>● Eletrodos circulares e planos</p><p>● Haste de zinco</p><p>3.2 MÉTODOS</p><p>Primeiramente fizemos a preparação da cuba iniciando com o processo de colocar</p><p>a solução eletrolítica no recipiente, o mesmo contém um papel milimetrado na</p><p>superfície inferior. Posicionamos os eletrodos circulares equidistantes do centro da</p><p>cuba. Em seguida, conectamos à fonte de tensão, e posicionamos a haste de zinco no</p><p>eixo central da cuba. Utilizando um multímetro na função de voltímetro, conectando</p><p>seus terminais à haste de zinco e à vareta móvel. Movimentamos a vareta imersa na</p><p>solução e observamos a variação de potencial entre a vareta e a haste de zinco. Após</p><p>a calibração, mapeamos pelo menos cinco pontos de mesmo potencial ao redor de</p><p>cada eletrodo, obtendo 2 superfícies equipotenciais no total (1 para cada eletrodo).</p><p>Logo após, o processo foi repetido porém obtendo 4 superfícies equipotenciais (2</p><p>para cada eletrodo). Colocamos um anel de cobre no centro da cuba e analisamos o</p><p>comportamento do potencial dentro e fora do anel, mapeando uma superfície</p><p>equipotencial para cada eletrodo e anotando os valores dentro do anel. Por último,</p><p>substituímos os eletrodos circulares por eletrodos planos e repetimos todo o</p><p>procedimento, analisando a mudança no comportamento das superfícies</p><p>equipotenciais e linhas de campo elétrico.</p><p>4. RESULTADOS E DISCUSSÕES</p><p>No experimento em questão foram usados tanto eletrodos circulares quantos</p><p>eletrodos em placa. Desta forma, obteve-se diversas superfícies equipotenciais para</p><p>diferente voltagens, como mostra a tabela abaixo:</p><p>Tabela 1 - Pontos encontrados em determinadas voltagens para eletrodos circulares</p><p>Fonte: AUTOR, 2024</p><p>Tabela 2 - Pontos encontrados em determinadas voltagens para eletrodos em placa</p><p>Fonte: AUTOR, 2024</p><p>PROCEDIMENTO 1 PROCEDIMENTO 2 PROCEDIMENTO 3</p><p>-1,38V 1,25V -1,30V -1,50V 1,30V 1,50V 1,00V -1,00V</p><p>X Y X Y X Y X Y X Y X Y X Y X Y</p><p>4,5 -3,3 -7,7 -4 3,1 2,2 5,1 -5,7 -3,9 -6,1 -3,4 -3,1 -2,9 -3,1 2,9 3,5</p><p>6 6,9 -5,3 2,2 2,9 -2,1 5,4 6,9 -2,4 -0,9 -4,9 -7,9 -2,6 -7,9 2,1 0,5</p><p>2,5 1,4 -8,5 4 -4,9 -4,7 3,4 1,6 -3,1 4,4 -3,6 4,1 -2,9 4,1 2,5 -3,9</p><p>7,7 -6,1 -12,9 5,2 4,9 7,6 3,5 -2,7 -4,1 7,9 -4,6 7,4 -2,1 0,9 3,9 -6,7</p><p>3,5 -2,9 -5,6 -2,7 5,1 -6,4 6,1 -8,1 -2,7 -2,6 -5,1 -8,1 2,1 0,9 4,6 6,5</p><p>PROCEDIMENTO 1 PROCEDIMENTO 2 PROCEDIMENTO 3</p><p>-0,65V 0,15V -0,33V -0,90V 1,30V 1,38V 1,10V -1,00V</p><p>X Y X Y X Y X Y X Y X Y X Y X Y</p><p>4,2 -6,5 -1,4 -5,3 -2,2 -7,1 2,1 -6,6 3,1 -6,1 -3,9 -5,9 -7,3 -6,1 6,1 -6,2</p><p>4,2 -4,2 -1,4 -1,8 -2,2 -3 2,1 -4,9 3,1 -1,4 -3,9 -1,4 -7,3 -7,1 6,1 -2,7</p><p>4,2 2,9 -1,4 0,2 -2,2 0,5 2,1 -4,3 3,1 1,1 -3,9 1,6 -7,3 -3,7 6,1 -0,2</p><p>4,2 5,6 -1,4 2,5 -2,2 2,8 2,1 1,6 3,1 5,7 -3,9 4,6 -7,3 -1,1 6,1 2,5</p><p>4,2 7,3 -1,4 4,5 -2,2 5,4 2,1 2,9 3,1 8,5 -3,9 5,9 -7,3 1,6 6,1 5,1</p><p>Desta maneira, ao aplicar esses pontos em gráficos, é possível visualizar a linearidade</p><p>dos pontos para cada voltagem e eletrodo.</p><p>Figura 1 - Linearidade de Superfícies Equipotenciais nos Eletrodos Circulares</p><p>Fonte: AUTOR, 2024</p><p>Figura 2 - Linearidade de Superfícies Equipotenciais nos Eletrodos de Placa</p><p>Fonte: AUTOR, 2024</p><p>Logo, analisando os gráficos, podemos afirmar que no eletrodo de placas houve uma</p><p>maior linearidade ao avaliar as voltagens, além disso por analisar voltagens de</p><p>equipotenciais opostos também é possível notar certa simetria no resultado apresentado.</p><p>Já os dados no eletrodo de cilindro apresentaram uma dispersão maior nos</p><p>equipotenciais e consequentemente uma menor linearidade.</p><p>A diferença na dispersão dos pontos equipotenciais entre eletrodos de placa e</p><p>circulares é explicada pela distribuição do campo elétrico. Em eletrodos planos, o campo</p><p>elétrico é uniforme entre as placas, resultando em linhas equipotenciais paralelas e</p><p>igualmente espaçadas, gerando maior linearidade e simetria. Já nos eletrodos circulares, o</p><p>campo se distribui radialmente, enfraquecendo com a distância do centro, o que causa</p><p>maior dispersão nas linhas equipotenciais. Isso ocorre devido à geometria do sistema</p><p>(JACKSON, 1998; GRIFFITHS, 2017), onde a simetria do campo reflete a forma do</p><p>eletrodo.</p><p>Quando foi inserido o anel no centro da cuba, o potencial permaneceu constante nos 4</p><p>quadrantes que ele cortava, a 0,03V. Ao medir na região delimitada pelo anel, foi obtido o</p><p>valor do potencial muito baixo, mas diferente de zero. Mas como o valor foi muito</p><p>próximo de zero, se considera como nulo. Logo, o potencial</p><p>na parte interna do anel está</p><p>coerente com o que é esperado, uma vez que as cargas se concentram na superfície do</p><p>anel, deixando o potencial no seu interior nulo. Notou-se por exemplo que no eletrodo</p><p>circular onde X = -2,1 o potencial girava em torno de 1,00V, ao inserir o anel, este</p><p>potencial passou a ser 0,03V, de forma análoga, isso também ocorreu com X = 2,6.</p><p>O comportamento observado com o anel inserido entre os eletrodos é explicado pelo</p><p>fenômeno de blindagem eletrostática. O anel atua como uma superfície condutora,</p><p>redistribuindo as cargas de modo a cancelar o campo elétrico no seu interior, mantendo o</p><p>potencial constante. Este princípio está descrito em obras como Purcell e Morin (2013),</p><p>onde uma superfície condutora, quando submetida a um campo externo, cria um campo</p><p>interno oposto, anulando o campo resultante dentro da superfície. Isso é análogo ao</p><p>funcionamento de uma gaiola de Faraday, onde o campo elétrico externo não penetra no</p><p>interior de um condutor. Tal comportamento também é detalhado por Griffiths (2017),</p><p>mostrando que em qualquer ponto interno de um condutor em equilíbrio eletrostático o</p><p>campo elétrico é nulo, resultando em um potencial uniforme.</p><p>5. CONCLUSÃO</p><p>Em conclusão, as práticas realizadas viabilizaram compreender as diferentes relações</p><p>entre Campo e Potencial Elétrico. Como foi possível observar, de acordo com os</p><p>resultados obtidos, os eletrodos circulares possuem uma maior dispersão e menor</p><p>linearidade no experimento em questão quando comparados aos eletrodos de placa, isto</p><p>ocorrendo devido a geometria do sistema haja vista que a distribuição do campo elétrico</p><p>tem forte relação com o formato do eletrodo.</p><p>Além do mais, foi notado como o anel no centro da cuba influenciou no potencial</p><p>medido, obtendo uma relação direta com o fenômeno da blindagem eletrostática, onde o</p><p>potencial variou de 1,00V para 0,03V em determinados pontos, sendo o potencial</p><p>interno no anel constante.</p><p>Portanto, os resultados obtidos foram satisfatórios, e com os procedimentos</p><p>realizados pode-se entender melhor na prática sobre os fenômenos elucidados ao longo</p><p>deste relatório.</p><p>6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>HALLIDAY, RESNICK, WALKER. Fundamentos de Física. Vol. 3. 8 ed.</p><p>Editora LTC, 2009.</p><p>GRIFFITHS, DAVID J., Introdução a eletrodinâmica. 3ª ed. Upper</p><p>Saddle River, N. J. Prentice Hall 1999.</p><p>JACKSON, John D. Classical Electrodynamics. 3ª ed. New York: John</p><p>Wiley & Sons, 1998.</p><p>PURCELL, Edward M.; MORIN, David J. Electricity and Magnetism. 3ª</p><p>ed. Cambridge University Press, 2013.</p>

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