RELATÓRIO FINAL

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FACULDADE ESTÁCIO DE NATAL
BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL
BACHARELADO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
FÍSICA TEÓRICA EXPERIMENTAL III
CCE0850
RELATÓRIO DE AULAS PRÁTICAS
Campo elétrico
Professor: UBIRATAN CORREIA SILVA
ADALIANA COSTA
201505334391
ARIANE RODRIGUES
201602472238
CARLOS LIMA
201408104881
FRANK MIRANDA
201512259179
GERMANA MONTEIRO
201506165419
JÉSSICA SILVA
201402245092
Resumo
Relatório de aula prática experimental sobre Campo Elétrico realizada no laboratório de Eletricidade da Faculdade Estácio de Natal, em setembro de 2016, como parte da ementa da disciplina de Física Teórica Experimental III, sob a orientação do professor Ubiratan Correia Silva. 
Natal/RN
2016
INTRODUÇÃO
O presente relatório foi elaborado com base nas aulas práticas sobre Configurações das linhas de força entre eletrodos (não submersos), o para-raios, a gaiola de Faraday e cabos coaxiais e as superfícies equipotenciais de um campo elétrico (eléctrico).
A finalidade principal desses experimentos é de verificarmos na prática o comportamento das linhas de força no campo elétrico nas proximidades de dois eletrodos de formatos diferentes e o posicionamento das superfícies equipotenciais em relação às linhas de força e ao vetor campo elétrico.
Relatório de procedimentos e dados obtidos
nas aulas experimentais
OBJETIVOS
As práticas, descritas a seguir, visam identificar e/ou descrever um campo elétrico e as linhas de força desse campo; medir a diferença de potencial elétrico (ddp) entre dois pontos de um campo elétrico; analisar as linhas de força em torno de eletrodos carregados; traçar linhas equipotenciais num campo elétrico gerado por cargas puntiformes; comparar a ddp em diferentes pontos de um campo elétrico; definir um campo elétrico e as linhas de força, bem como reconhecer que essas linhas caracterizam o vetor da intensidade do campo elétrico, transmitindo uma ideia da intensidade do campo em casa ponto.
MATERIAL
 Experimento 1
Mesa projetável com:
Escala;
Fixadores NdFeBo;
Bornes;
Extensão articulável ferromagnética;
Eletrodos pontuais puntiformes;
Eletrodos retos;
Eletrodo em anel maior;
Torniquete elétrico com pivô;
Eletrodo em anel menor;
Cuba cilíndrica;
Amido de milho;
Óleo de rícino.
Natal/RN
Maio/2015
Ver figura 1, abaixo.
Experimento 2
Ponteira para tomada de dados;
Cuba projetável acrílica;
Eletrodos planos (placas metálicas de zinco);
Eletrodos em anel;
Eletrodos cilíndricos;
Escala projetável (impressa em transparência) e papel branco A4;
Conexões de cabos elétricos (vermelho e preto) com pinos banana e garra jacaré de pressão;
Fonte de alimentação CC de 0 V a 20 V;
Multímetro digital ajustável.
Ver figura 2, a baixo.
Descrição do aparato experimental
Apresenta-se, neste item a descrição do material utilizado nos procedimentos experimentais que foram reproduzidos no laboratório de Eletricidade.
O primeiro procedimento experimental foi ‘’ Configurações das linhas de força entre eletrodos (não submersos), o para-raios, a gaiola de Faraday e cabos coaxiais’’.
Para o procedimento foram usados os seguintes materiais, conforme enumerados anteriormente:
Figura 1 - Conjunto de materiais no experimento 1.
Figura 3 – Gerador de Van de Graaff
Figura 2 - Óleo de rícino e farelo de milho
No segundo procedimento que foi ‘’ As superfícies equipotenciais e a análise do campo elétrico’’ foram usados os seguintes materiais:
Figura 4 - Conjunto de materiais no experimento 2.
Cuba cilíndrica;
Conexões de fio com pino banana e garra jacaré;
Eletrodos retos;
Conexões de fio com pino banana e garra jacaré;
Escala projetável.
Figura 6 – Fonte de alimentação com tensão variável
 de 0 V a 25 V CC – Corrente Contínua.
Figura 5 – Multímetro digital capaz de verificar resistência, corrente e tensão.
Figura 7 – Conjunto de materiais para usados na segunda parte do experimento 2.
Eletrodos cilíndricos metálicos
Solução de água e cloreto de sódio
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Eletrostática 
Eletrostática e a parte da física que estuda as cargas elétricas.
Uns dos fundamentos da eletrostática é a transferência de cargas elétricas de um corpo para o outro, e também os estudos da repulsão e atração entre cargas.
A teoria da eletrostática fala sobre conceitos de como se comporta as cargas elétricas, e que suas substancias tem particularidades: isolantes, condutores, semicondutores e supercondutores. 
Cargas Elétricas 
Toda matéria tem carga elétrica, logo, temos átomos, formada por elétrons, prótons e nêutrons.
Não se cria carga elétrica.
Um corpo atrativo consegue atrair pequenos objetos, cargas positivas e cargas negativas, cargas de mesmo sinal se repelem, cargas de sinais contrários se atraem.
Um bom exemplo são as partículas: de prótons são positivas e as partículas de elétrons são negativas, por isso se atraem.
O princípio de conservação da carga elétrica diz que a soma das cargas elétricas de um sistema isolado é constante, ocorrendo transferência de carga sem esforço e sem perda.
Força Elétrica ( Lei de Coulomb) 
É o estudo das forças de atração e repulsão entre duas cargas elétricas com dimensões e massas desprezíveis. 
Abaixo temos a Lei de Coulomb:
Para descobrir se é força de atração ou de repulsão utiliza-se a formula abaixo: 
Coulomb descobriu que uma força elétrica que atua sobre dois corpos eletricamente carregados é diretamente proporcional às suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância.
Campo Elétrico
O campo elétrico é um vetor, portanto, tem modulo, direção e sentido. É um tipo de força seu sentido depende do sinal de carga elétrica. Cargas com mesmo sinal sofrem repulsão, cargas com sinais diferentes se atraem. 
Podemos medir a intensidade do campo elétrico através da seguinte formula: 
E = F / |q|, nesse caso:
E= campo elétricos;
F= Força elétrica;
Q = Carga elétrica; 
O potencial do campo elétrico mede-se em Volts;
O potencial elétrico ao contrário do campo elétrico é uma grandeza escalar;
O potencial elétrico calcula como os corpos energizados se atraem ou se repelem;
Podemos calcular da seguinte forma:
V=Ep/Q, onde p = potencial elétrico, Ep: energia potencial, Q= carga elétrica. 
Lei de Gauss
Na lei de Gauss estudamos eletromagnetismo, ondas e comportamentos da luz. Essa lei é de uma nova formulação da lei de Coulomb, que pode de forma mais fácil resolver para problemas com um elevado grau de simetria. Por exemplo, uma superfície gaussiana quase sempre tem uma forma simétrica, como a esfera ou o cilindro, o sistema deve ser fechado para que se possa identificar os pontos dentro da superfície, sobre a superfície ou fora da superfície.
No experimento feito em sala de aula pode-se observar como funciona melhor a lei de Gauss, onde o fluxo (total) ΦE de um campo elétrico através de uma superfície (superfície gaussiana) e a carga líquida (água) que está envolvida por essa superfície, assim a carga total no interior da superfície, pode ser calculada usado a formula:
Onde:
 = constante de permissividade elétrica no vácuo
φ = fluxo elétrico resultante
q = carga elétrica envolvida
Portanto, a lei de Gauss serve para campos elétricos com distribuições de cargas simétricas, os valores desses campos elétricos podem variar suas condições de acordo com a sua simetria.
Potencial Elétrico
Energia potencial elétrica
A força elétrica é considerada uma força conservativa. Então, podemos associar a esta força, um potencial elétrico.
Quando uma força eletrostática age entre duas ou mais partículas de um sistema, podemos associar uma energia potencial elétrica U ao sistema:
(Definição de ddp entre dois pontos)
A unidade no SI é o V (volt)
A energia potencial por unidade de carga é constante em qualquer ponto em um campo elétrico:
(Definição de Potencial Elétrico - Escalar)
A energia potencial por unidade de cargaem um ponto do campo elétrico é chamada de potencial elétrico V nesse ponto.
Potencial elétrico é a capacidade que um corpo energizado tem de realizar trabalho, ou seja, atrair ou repelir outras cargas elétricas. Com relação a um campo elétrico interessa-nos a capacidade de realizar trabalho, associada ao campo em si, independentemente do valor da carga q colocada num ponto desse campo. Para medir essa capacidade, utiliza-se a grandeza potencial elétrico. Para obter o potencial elétrico de um ponto, coloca-se nele uma carga de prova q e mede-se a energia potencial adquirida por ela. Essa energia potencial é proporcional ao valor de q. Portanto, o quociente entre a energia potencial e a carga é constante. Podemos ainda dizer que potencial elétrico é a energia potencial por unidade de carga associado a um campo elétrico.
Exemplo 01:
Carga q = C, energia potencial elétrica: J :
Carga q = C, energia potencial elétrica: J :
Portanto, a energia potencial elétrica por unidade de carga (U/q), não depende da carga q da partícula, sendo uma característica apenas do campo elétrico na região onde está sendo investigada.
O potencial elétrico é representado pela letra V e dado por:
A diferença de potencial (ddp) elétrico ∆V entre dois pontos quaisquer i (inicial) e f (final) em um campo elétrico é igual a ∆U por unidade de carga q.
Trabalho realizado por uma força aplicada:
O trabalho realizado por uma força aplicada é igual ao negativo do trabalho W realizado pelo campo elétrico.
Sendo assim,
E usando a equação V = - W/q :
Exemplo 02:
Um campo elétrico é gerado e nele temos uma carga q = 2.10-8C, que é deslocada de um ponto A, onde UA = 240V, para um ponto B, onde UB= 60V.
Determine o trabalho realizado pela força elétrica no deslocamento entre os pontos A e B.
Solução:
Utilizando W = q.ΔV = 2.10-8C .(60-240)V = 3,60.10-6J
Resp.: O trabalho realizado pela força elétrica é igual a 3,60.10-6J.
Superfícies equipotenciais
Quando uma carga puntiforme está isolada no espaço, ela gera um campo elétrico em sua volta. Qualquer ponto que estiver a uma mesma distância dessa carga possuirá o mesmo potencial elétrico. Surge então uma superfície equipotencial esférica. Ainda podemos também encontrar superfícies equipotenciais no campo elétrico uniforme, onde as linhas de força são paralelas e equidistantes, nesse caso, as superfícies equipotenciais localizam-se perpendicularmente às linhas de força (mesma distância do referencial). O potencial elétrico e a distância são inversamente proporcionais.
Cálculo do Potencial a partir do campo
Podemos calcular a ddp entre dois pontos quaisquer i e f em um campo elétrico se conhece o vetor E ao longo da trajetória que ligue esses pontos.
 
PROCEDIMENTOS
Experimento 1
Os procedimentos para a realização da prática pertinente à análise do comportamento das linhas de força entre condutos (não submersos), inicaram-se pela conexção dos cabos ligando o Gerador de Van de Graaff aos eletrodos contidos na mesa com escala projetável. 
Realizaram-se diversós ensaios de configurações diferentes das linhas de campo, utlizandos eletrodos em barras paraleles, de barras paralelas com anel circular entre as barras, utlizando-se dois eletrodos circulares de diâmetros diferentes. Sempre tomando-se o cuidado para não submergir os eletrodutos no óleo, como é mostrado nas imagens abaixo.
Experimento 2
Sobre a mesa, colocou-se a escala projetável sobre a mesa, com uma folha de papel A4 servindo de fundo (para facilitar a visualização das linhas) em seguida, assentou-se a cuba acrílica sobre ambas. No passo seguinte, pôs-se as duas placas metálicas, dentro da cuba, paralelamente, na altura dos pontos de número 90.
Utilizando-se os eletrodutos retos, efetuaram-se as conexões elétricas com garras de jacaré nos parafusos de contato com os eletrodutos. Conectou-se o eletroduto da direita (como mostra a imagem que segue) ao polo negativo da fonte, por meio do cabo preto. O eletroduto da esquerda foi conectado ao borne de leitura de tensão no multímetro, sendo neste mesmo borne, jampeado (conectado no mesmo ponto) outro cabo vermelho, ligando ao polo positivo da fonte e ao borne COM (comum) do multímetro digital, foi conectado a ponta de prova. 
Imagem 8 – Conexão de cabos e eletrodutos.
	Em seguida realizou-se a coleta dos pontos, orientando-se da esquerda para a direita, cuja escala projetável contendo os pontos colhidos, constam em anexo, ao final deste relatório.
	A posteriori, permanecendo as mesmas instalações acima citadas, porém com diferentes eletrodutos, realizou-se a análise das linhas de campo elétrico em cargas pontuais. Para tanto, utilizando-se agora eletrodutos de formato cilíndrico, conforme é mostrado na imagem que segue.
6-CONCLUSÃO
Experimento 1
Constatou-se neste experimento a formação dos campos elétricos pelas linhas equipotenciais formadas pelo campo elétrico gerado, e pode-se notar o seu comportamento diante de cada mudança estabelecida através da troca de configuração e disposição dos materiais usados .
Observou-se tambem que as linhas de campo entre duas cargas elétricas distintas sempre se dirigem de um corpo positivamente carregado para um corpo negativamente carregado, por esta razão é que as particulas do amido de milho se alinharam quando energizados os eletrodos.
Experimento 2
Concluimos que o campo elétrico é uniforme para o caso de duas placas colocadas paralelamente uma em relação a outra, logo sua intensidade se torna maior proximo aos eletrodos ( primeiros e últimos pontos ) e menor em pontos afastados ( ponto central ), formando assim uma geometria das linhas equipotenciais devido a horizontalidade da solução eletrolítica. Em anexo, seguem as escalas projetáveis conendo os pontos observados no experimento 2.