02 Roteiro Experiencia 2 Superficies equipotenciaisV4

Prévia do material em texto

Universidade Estácio de Sá – Campus Sulacap 
Curso de Engenharia 
Disciplina: Física Teórica Experimental III - CCE0850 
MANUAL DE LABORATÓRIO – EXPERIÊNCIA 2 
Superfícies Equipotenciais 
Objetivos da experiência 
Fazer um mapeamento das linhas equipotenciais e das de força de um campo elétrico, através da simulação do caso 
eletrostático. 
Material 
Ponteira de tomada de dados; Cuba projetável com escala; Eletrodos planos; Eletrodos cilíndricos; Conexão de fios 
banana e banana e garra; Fonte de alimentação; Multímetro; Chave liga/desliga e Becker com água salgada (2 colheres 
de sopa por 250ml). 
 
Introdução teórica 
Imaginemos um espaço vazio livre de qualquer influência elétrica. Se a este espaço trazemos agora uma carga elétrica, 
toda a região em volta é perturbada pela sua presença. A essa perturbação chamamos Campo Elétrico. Para detectar 
essa nova propriedade do espaço precisamos, entretanto, de outra carga. Podemos então dizer: o Campo Elétrico se 
manifesta na região do espaço que envolve uma carga elétrica. Ao colocarmos outra carga, esta sofre a ação de uma 
força de atração ou de repulsão. Isso é apenas uma noção qualitativa do campo elétrico. Para caracterizar 
matematicamente as propriedades adquiridas pela região do espaço na qual colocamos uma carga elétrica, ou seja, para 
caracterizar essa nova qualidade da região, consideraremos a seguinte situação: imaginemos uma carga elétrica Q. Ela 
modifica as propriedades elétricas de certa região do espaço, isto é, produz um campo elétrico ao seu redor. 
Coloquemos em um ponto qualquer desta região que envolve Q outra carga elétrica muito pequena, que chamaremos 
de “carga de prova” ou “carga de teste”, e que, por conveniência, será positiva. Essa segunda carga sofrerá a ação de 
uma força F⃗ . 
Definimos então o vetor campo elétrico no ponto onde colocamos a “carga de teste”, como sendo o vetor, �⃗� =
𝐹 
𝑞
 
onde q indica a carga de prova, F⃗ é a força que atua sobre ela e E⃗⃗ é o vetor campo elétrico no ponto onde se encontra a 
carga de prova. A direção de um campo para qualquer ponto é definida como a direção da força sobre uma carga 
positiva colocada naquele ponto. A orientação do campo elétrico numa região pode ser representada graficamente por 
linhas de força. Uma linha de força de um campo elétrico é uma linha traçada de tal modo que a tangente a ela em 
qualquer ponto indique a direção do campo elétrico naquele ponto. 
A noção de potencial elétrico provém do conceito de trabalho e é, por definição, igual ao trabalho W necessário para 
trazer uma carga de prova q do infinito até a distância d da carga Q, dividido pela carga q: 𝑉 =
𝑊
𝑞
 
Uma superfície escolhida de modo a que todos os pontos tenham o mesmo potencial é chamada SUPERFÍCIE 
EQUIPOTENCIAL. Uma linha de tal superfície é conhecida como LINHA EQUIPOTENCIAL. Superfícies equipotenciais são 
sempre perpendiculares às linhas de força. Com efeito, o trabalho da força eletrostática é definido como o produto 
escalar da força pelo deslocamento. 
 
Figura 1 - Linhas de campo elétrico (linhas cheias) e seções retas de superfícies equipotenciais (linhas tracejadas) 
 (a) para um campo elétrico uniforme (b) para uma carga pontual (c) para um dipolo elétrico. 
Logo, o deslocamento de uma carga teste numa superfície equipotencial não envolve trabalho, uma vez que a força e, 
portanto, o campo elétrico é sempre perpendicular às equipotenciais. Se em um sistema eletrostático as linhas 
equipotenciais podem ser desenhadas, as linhas de força podem ser imediatamente construídas, uma vez que elas são 
perpendiculares às linhas equipotenciais. 
A Figura 1 mostra linhas de campo elétrico e seções retas de superfícies equipotenciais para os campos associados a um 
campo elétrico uniforme, uma carga elétrica pontual e um dipolo elétrico. 
 
Procedimento experimental 
- Faça a montagem de acordo com a figura 2; 
- Ligue a fonte de alimentação ajustando-a para 10,0 V CC; 
 (não respire próximo aos eletrodos) 
 Configuração 1 (Eletrodos Planos) 
- Coloque a ponteira entre os eletrodos planos e, movendo-a lentamente, 
localize um ponto que se encontre a 2,0 V; 
- Reproduza na Escala 1, figura 3, os eletrodos utilizados e o ponto encontrado; 
- Procurar com a sonda móvel um número de pontos (simétricos e com valor 2,0 V) suficiente para traçar a curva 
equipotencial (5 pontos ou mais). Escolha estes pontos de maneira inteligente! 
- Analise e anote estes pontos na escala 1; 
- Ao terminar o mapeamento de uma linha a sonda móvel é deslocada para outra posição e todo o processo é então 
repetido, para se mapear uma nova linha. Por exemplo, repita os procedimentos acima para os pontos em que o 
multímetro indicar 4 V, 6 V e 8 V. 
- Anote a polaridade dos eletrodos e desligue a fonte de alimentação. 
- Faça variar a distância do (0,0) a pontos próximos aos eletrodos e anote os dados na tabela 1. 
Configuração 2 (Eletrodos Cilíndricos) 
- Coloque a ponteira entre os eletrodos cilíndricos e, movendo-a lentamente, localize um ponto que se encontre a 2,0 V; 
- Reproduza na Escala 2, figura 4, os eletrodos utilizados e o ponto encontrado; 
- Procurar com a sonda móvel um número de pontos (simétricos e com valor 2,0 V) suficiente para traçar a curva 
equipotencial (5 pontos ou mais). Escolha estes pontos de maneira inteligente! 
- Analise e anote estes pontos na escala 2; 
- Ao terminar o mapeamento de uma linha a sonda móvel é deslocada para outra posição e todo o processo é então 
repetido, para se mapear uma nova linha. Por exemplo, repita os procedimentos acima para os pontos em que o 
multímetro indicar 4 V, 6 V e 8 V. 
- Anote a polaridade dos eletrodos e desligue a fonte de alimentação. 
- Faça variar a distância do (0,0) a pontos próximos aos eletrodos e anote os dados na tabela 1. 
Instruções específicas para este relatório (verificar também as instruções gerais) 
O experimento deve ser discutido com base na teoria aprendida na aula teórica e/ou no roteiro. Procure identificar e 
discutir todos os aspectos físicos importantes do experimento. Como auxílio, a seguir há uma lista de possíveis aspectos 
que devem ser obrigatoriamente abordados em sua discussão. 
 
1) O que é medido ao se mergulhar a ponta de prova (sonda móvel) na água? 
2) Para as configurações, trace as linhas equipotenciais e algumas linhas de campo elétrico não esquecendo os sentidos 
das mesmas. 
3) Trace o gráfico do potencial elétrico versus a distância (V versus d ) para as duas configurações. 
4) Discuta a reação que ocorre nos eletrodos durante a atividade; 
Figura 2 – Montagem experimental para 
medida de superfícies equipotenciais. 
 
 
Tabela 1 
d(mm) -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 
ddp (V) 
(Eletrodo Plano) 
 
ddp (V) 
(Eletrodo cilíndrico) 
 
 
 
Figura 3 – Escala 1. 
 
 
Figura 4- Escala 2.