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UNIVERSIDADE ESTADUALDE MARINGÁ CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA DISCIPLINA 3212 – FÍSICA EXPERIMENTAL CAMPO ELÉTRICO Acadêmicos e acadêmica: Bruno Moisés da Silva Valentin R.A.: 90255 Gleicon Vinícius de Paula R.A.: 89706 Letícia Utiyama R.A.: 88941 Rômulo Luzia de Araújo R.A.: 82193 Docente: Dr. Antônio Medina Neto MARINGÁ Agosto de 2015 2 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 3 2. OBJETIVO ....................................................................................................................... 5 3. EXPERIMENTOS ........................................................................................................... 6 3.1. Materiais ..................................................................................................................... 6 3.2. Métodos ...................................................................................................................... 6 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................. 8 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 10 3 1. INTRODUÇÃO Supõe-se que se fixe, num determinado ponto, uma partícula com carga positiva q1, e, a seguir, coloquemos em suas proximidades uma segunda partícula também positivamente carregada, q2. De acorda com a lei de Coulomb, sabemos que q1 exerce uma força eletrostática repulsiva sobre q2, e, tendo-se informações suficientes, pode-se determinar o módulo, a direção e o sentido dessa força. Tal força caracteriza-se como o campo elétrico, que é a forma de que a partícula q1 sente a presença de q2. Em qualquer ponto P desse espaço, o campo tem módulo, direção e sentido. O módulo depende da intensidade de q1 e da distancia entre P e q1. A direção e o sentido dependem da direção da reta que passa por q1 e P e do sinal elétrico de q1. Assim, quando colocarmos q2 no ponto P, q1 interage com q2 através do campo elétrico existente em P. O campo elétrico é definido, em qualquer ponto, em termos da força eletrostática que seria exercida sobre uma carga de teste positiva Q colocada naquele ponto: Michael Faraday, quem introduziu a ideia de campos elétricos no século XIX, visualizou o espaço ao redor de um corpo carregado como repleto de linhas de força, ou linhas de campo elétrico (às quais o vetor campo elétrico é tangente), que se estendem para fora de uma carga positiva (onde se iniciam) e entram em uma carga negativa (onde terminam). 4 É ainda possível descrever o campo elétrico utilizando-se o conceito de potencial. Para tal, necessita-se saber que o potencial V (x,y,z) em um ponto qualquer no espaço relaciona-se com o campo elétrico (x,y,z) através da seguinte expressão, que explica a tendência do campo apontar na direção de máxima variação do potencial, que é a mesma para a qual a tensão diminui: Consegue-se também, a partir de uma relação entre potencial e a distância entre dois pontos, calcular a intensidade de um vetor campo elétrico num ponto P: Pode-se ter, quando se fala de campo elétrico, uma superfície que apresenta mesmo potencial em todos os seus pontos; levando o nome, assim, de superfície equipotencial. Uma linha tracejada sobre esta área é denominada linha equipotencial. Característica interessante destas linhas equipotenciais é que o vetor campo elétrico é sempre perpendiculares a elas. 5 2. OBJETIVO O objetivo deste experimento foi traçar as equipotenciais de um campo elétrico em uma cuba eletrolítica e determinar o campo elétrico, em módulo, direção e sentido, devido a algumas distribuições de cargas elétricas, em seguida analisou-se o potencial e o campo no interior de um anel metálico isolado. 6 3. EXPERIMENTOS 3.1. Materiais Fonte de tensão alternada; Cuba de vidro; Placas metálicas; Anel metálico; Voltímetro; Papel milimetrado; Fios; Jacaré; Fita crepe; Água da torneira (solução eletrolítica); Suporte. 3.2. Métodos O experimento fora realizado no laboratório de física, onde a cuba de vidro já estava preparada com o papel milimetrado (15x15 cm) colado ao fundo na parte externa. Ela foi preenchida com um pouco de água da torneira de modo que as pontas metálicas das placas fiquem ligeiramente mergulhadas. A fonte alternada foi programada com 70Hz e 5V. Montou-se o esquema conforme a figura abaixo: Figura 1: esquematização do experimento. 7 Com a ponta de prova (+) do voltímetro na função (AC), determinou-se os pontos de mesmo potencia, anotando na sequência as coordenadas do papel milimetrado na tabela 1, visando mapear a superfície. Depois, introduziu-se no centro da cuba um aro metálico e analisou-se o potencial elétrico em seu interior, que se encontram na tabela 2. 8 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Dos valores encontrados no experimentou, tirou-se esta tabela: Tabela 1: valores experimentais da superfície equipotenciais de placas paralelas (x;y) Potencial (V) (2; 2) 0,70 ± 0,01 (6; 2) 0,70 ± 0,01 (8; 2) 0,70 ± 0,01 (3; 5) 1,78 ± 0,01 (8; 5) 1,72 ± 0,01 (10; 5) 1,72 ± 0,01 (7; 8) 2,79 ± 0,01 (4; 8) 2,77 ± 0,01 (5; 12) 4,05 ± 0,01 (10;12) 4,04 ± 0,01 Dos dados apresentados, pôde-se confirmar que quando estes dados forem plotados em um gráfico X x Y (que se encontrará em anexo a este relatório), perceberá que as linhas horizontais nos quais possuem a mesma tensão as linhas de campo elétrico são paralelas as placas metálicas e o equipotencial é perpendicular ao campo . Sabe-se que o campo elétrico no interior de materiais condutores é nulo. Isso se deve da forma em que as cargas se organizam dentro do material. Isso também implica em um potencial constante. Com a configuração montada com o anel metálico, foi mensurado os valores de potencial elétrico no interior do anel. Assim, foi possível montar a tabela(?) referente aos valores de potencial elétrico e sua localização. 9 Tabela 2 – Potenciais no interior do anel metálico. Potencial (V) Coordenadas (cm) 2,44 ± 0,01 (7;9) 2,41 ± 0,01 (7,5;8,5) 2,43 ± 0,01 (8;8) 2,47 ± 0,01 (8,5;7,5) 2,50 ± 0,01 (9;8) Analisando os valores de potencial elétrico, nota-se uma pequena diferença nos valores, já que, de acordo com os conhecimentos teóricos, esses valores deveriam ser iguais. Esta diferença pode ser explicada pela forma de que a configuração foi montada. Não se pode considerar o interior estava numa região completamente isolada pela superfície do anel. Com o potencial praticamente constante, pode-se concluir que o campo elétrico era nulo. Ou seja, os somatórios das linhas de campo são nulos. Sobre a superfície do anel metálico, pode-se concluir que ela estava eletricamente carregada e sob o mesmo potencial de seu interior. 10 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] UEM. Apostila de Física Experimental III: Eletricidade e Magnetismo. EDUEM, 2010, p.28-32.; [2] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; KRANE, K. S. Física 3. 5ª Ed. Rio de Janeiro, EditoraLTC, 2011.; [3] CAVALCANTI, P. J. M. Fundamentos de eletrotécnica. 17ª Ed. Rio de Janeiro, Livraria Freitas Bastos S.A.; [4] TIPLER, P. A.; MOSCA, G. Física para cientistas e engenheiros Vol. 2: eletricidade e magnetismo, óptica. 6ª Ed. Editora LTC, 2009.
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