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CAMPO ELÉTRICO (Prática 02 – Data 29/09/16) Emily Bacon Larissa Kathleen de Castro Matheus Berger Rafael Rech Bruscagin Universidade Estadual de Maringá – Campus do Arenito Disciplina: Física Experimental III 01. OBJETIVOS Traçar as equipotenciais de um campo elétrico, em uma cuba eletrolítica, determinar o campo elétrico, em modulo, direção e sentido, devido a algumas distribuições de cargas elétricas, além de analisar o potencial e campo no interior de um anel metálico e também de um anel plástico, isolados. 02. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS Materiais utilizados – Fonte de tensão continua (DC), cuba de vidro, pontas de prova, placas metálicas, anel metálico, anel de plástico, voltímetro, papel milimetrado, fios, jacarés, fita crepe, água de torneira, multímetro, três pontas metálicas e suportes. Descrição experimental – Pratica 01: Delimitou- se a folha de papel milimetrado uma superfície (15 x 15 cm). Montou-se o esquema abaixo e colocou-se água na cuba de modo que as pontas metálicas ficassem ligeiramente mergulhadas. Com a ponta de prova positiva do voltímetro (na vertical) na função (DC), determinaram-se cinco pontos de mesmos potenciais. Transferiu-se para o papel milimetrado. Repetiu-se o procedimento anterior para outros cinco potenciais diferentes procurou-se mapear a superfície inteira. Uniram-se os pontos de mesmo potencial para obter as linhas equipotenciais. Com três pontas metálicas (uma negativa, uma neutra e outra positiva) fez-se uma varredura de 360º em torno dos pontos C (7.5, 7.5), D (9.0, 5.0) e E (4.0, 12.0) e determinou-se (∆Vmáx). Para esta situação registrou-se a posição das três pontas de aço. Pratica 02: Delimitou-se a folha de papel milimetrado uma superfície (15 x 15 cm). Montou-se o esquema abaixo e colocou-se água na cuba de modo que as placas metálicas ficassem mergulhadas até a metade. Obtiveram-se as equipotenciais do campo elétrico, mediu-se a distância entre as placas. Obteve-se uma nova configuração introduzindo entre as placas um anel metálico no centro da superfície, determinou-se o potencial elétrico em seis pontos no interior do anel metálico e o mesmo procedimento foi realizado com um anel de plástico. 03. RESULTADOS E DISCUSSÕES Prática 01 Observou-se em primeira instância que as linhas equipotenciais não apresentaram um formato homogêneo, ou seja, as linhas laterais formavam uma curva ficando retilíneas conforme se aproximavam do centro, como visto no gráfico 01. Esse fenômeno se deve a configuração dos pontos metálicos que representaram na prática exatamente o que foi descrito na teoria, de que, a cada ponto no espaço, o vetor do campo elétrico é tangente à linha de campo que passa pelo ponto considerado. De acordo com a teoria do campo elétrico criado por uma carga puntiforme, o campo elétrico se espalha radialmente. Para uma carga puntiforme positiva as linhas de campo apontam para fora tendendo ao infinito e para uma carga puntiforme negativa as linhas de campo apontam para dentro tendo origem no infinito. Observou-se na prática 01 que, quando dois campos puntiformes de cargas negativa e positiva estão próximos um do outro, as linhas equipotenciais tendem a sair do campo positivo em direção ao negativo, representando a configuração de um dipolo- elétrico. Nessa prática, usou-se também um aparato de três pontas metálicas. Nos pontos C (7.5, 7.5), D (9.0, 5.0) e E (4.0, 12.0) encontrou-se os pontos que davam o valor mais alto de voltagem, sendo no C de 1,1 Volts, ponto E de 0,7 Volts e D de 0,6 Volts, como mostra o gráfico 01. Essa parte serviu para simular o sentido e a direção do campo elétrico em cada ponto, ou seja, saindo da ponta metálica positiva e indo para a negativa, da direita para a esquerda. Calculou-se o módulo do campo elétrico em cada um dos pontos, tendo como resultado os seguintes valores, ponto C 110V/m, ponto D 60V/m e ponto E 70 V/m, viu-se que o campo elétrico foi maior no ponto que estava exatamente no meio da distancia entre as duas pontas carregadas eletricamente, assim como diz a teoria. Prática 02 Na pratica 02, O campo elétrico teve característica uniforme, então as linhas equipotenciais foram paralelas às placas sendo perpendicular ao campo elétrico, como visto no gráfico 02. Quando se adicionou o anel entre as placas, o campo elétrico dentro do anel foi nulo (conhecido como Gaiola de Faraday), no caso do anel plástico o potencial elétrico não varia significativamente, como mostra o gráfico 02. O experimento esta dentro da teoria onde as linhas de forças saem da placa positiva em direção à placa negativa. Entre as duas placas as linhas equipotenciais são paralelas e perpendiculares ao campo elétrico, o campo elétrico entre as placas metálicas obteve um módulo de 200V/m, sendo perpendicular as duas placas, e orientado da placa positiva para a negativa, como visto na teoria, ou seja, o campo elétrico sobre uma carga distribuída é perpendicular a ela, saindo da carga positiva e entrando na negativa. Quando se adiciona um corpo não isolado (anel metálico) dentro de um campo elétrico, o campo elétrico dentro do corpo não isolado será nulo, no caso do corpo isolado o campo elétrico não é nulo, e ainda possui um fluxo, então com isso observou-se que o anel de plástico não apresentou o que era esperado de acordo com a teoria por conta de o módulo do campo elétrico dentro do anel ter dado um valor próximo a zero, ocorrendo um erro oriundo do material do anel. 04. QUESTÕES 1- As linhas equipotenciais obtidas possuem a configuração esperada em cada caso? Trace também algumas linhas de forca para cada configuração de campo. Sim. Entre as duas placas paralelas, as linhas equipotenciais foram retas paralelas às placas. Nos polos de sinais opostos, a medida que se aproxima de cada polo, as linhas tenderam a circunferências torno de cada polo. 2- . (Gráfico01) 3- O modulo do campo elétrico em cada ponto Ponto C: 1,1 V/cm = 110 V/m Ponto D: 0,6 V/cm = 60 V/m Ponto E: 0,7 V/cm = 70 V/m 4- Qual o módulo, direção e sentido do campo elétrico entre as placas, referente ao item 07? O campo elétrico tem módulo aproximado de E = | -(V/l) | = | -(30,0V - 0,0V)/(0,0cm -15cm) | = 2,0 V/cm = 200,0 V/m, sendo perpendicular às duas placas metálicas, sendo orientado da placa positiva para a negativa. 5- O que você verificou sobre o potencial, no interior do anel? O que você conclui sobre o campo? Justifique. O potencial se mantém praticamente constante no anel metálico, o campo elétrico no interior do anel é próximo de ser zero, a variação encontrada pode ser devido ao erro do multímetro e o gradiente do potencial consequentemente será zero. O potencial dentro do anel de plástico, não vario significativamente, sendo os valores de leitura torno de 17 V. Nesse caso observou-se que não atingiu o esperado, sendo que ele deveria apresentar variações como sendo um anel não condutor. 6- Explique o que acontece na superfície do anel, quando este é introduzido entre as placas. Nos metais existem elétrons livres, estando sujeitos a movimentações, ela existira até que todos os elétrons migrem para a superfície do material, ou seja, em equilíbrio onde o elétron estará na superfície do material, então quando não houver mais movimento o campo elétrico no interior será nulo. 05. CONCLUSÕES Concluiu-seque as linhas equipotenciais entre cargas distribuídas são paralelas a elas e perpendiculares ao campo elétrico existente entre as cargas, e quando inserido um anel metálico entre as cargas, viu-se que o campo elétrico no interior dele é nulo, quando inserido um anel de plástico entre as cargas, o campo elétrico não é nulo, como diz a teoria, mas na prática houve um erro do material. Conclui-se também que as linhas equipotenciais entre cargas puntiformes são curvilíneas próximo das cargas e tendem a ficar paralelas conforme vão chegando à metade da distancia entre elas, e o campo elétrico mais intenso entre essas duas cargas puntiformes é localizado bem na metade da distancia delas. 06. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] HALLIDAY, D; RESNICK, R; WALKER, J. Fundamentos de física 3. Rio de Janeiro. ABDR, 1991, 4ªEdição, volume 03, cap. 23 e 24 07. APÊNDICE Tabela das coordenadas de cada potencial elétrico achado. Tabela01. Coordenadas da prática 01 Tabela02. Coordenadas da prática 02 V=7,9 V=10,8 V=12,8 V=15,3 V=17,9 V=19,8 X Y X Y X Y X Y X Y X Y 0,0 2,0 3,1 1,0 5,0 1,0 8,0 1,0 11,0 1,0 14,0 1,0 2,0 5,0 3,8 5,0 5,2 5,0 8,0 5,0 10,6 6,0 13,0 4,0 2,2 8,0 3,8 9,0 5,2 7,9 8,0 9,0 10,6 9,0 12,0 7,0 0,9 9,9 3,2 11,8 4,8 11,0 8,5 12,0 11,2 12,0 13,5 11,0 0,5 11,0 2,6 15,0 4,4 13,9 8,5 15,0 11,5 15,0 14,9 15,0 V=25,9 V=15 V=9,2 V=3,5 X Y X Y X Y X Y 1,0 1,0 7,0 0,4 10,0 0,0 13,0 1,0 1,1 2,0 7,0 4,0 10,0 3,0 13,0 2,0 1,0 3,0 7,0 7,0 10,0 5,0 13,0 6,5 1,0 9,0 7,0 11,0 10,0 8,0 13,0 9,0 1,3 11,0 7,0 14,0 10,0 12,0 13,0 15,0 1,4 15,0 ─ ─ ─ ─ ─ ─
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