fisica 3

Prévia do material em texto

OBJETIVO
Visualizar as linhas equipotenciais no campo elétrico uniforme e calcular o seu módulo.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Uma superfície equipotencial constitui uma região do campo elétrico em que todos os seus pontos apresentam o mesmo potencial. Uma superfície equipotencial pode apresentar diversas formas geométricas.
Ao colocarmos uma carga elétrica puntiforme em um ponto qualquer do espaço e longe de outras cargas elétricas, calculamos o potencial elétrico em um ponto próximo a ela através da seguinte relação:
Uma superfície equipotencial é sempre interceptada perpendicularmente (90°) pelas linhas de força de um campo elétrico. Dessa maneira, conhecendo-se as linhas de força de um campo elétrico, fica mais fácil representar as superfícies equipotenciais. Já numa região onde o campo elétrico é uniforme, para serem perpendiculares às linhas de força, as superfícies equipotenciais devem ser planas.
Figura 1. De acordo com a figura acima podemos verificar que o potencial elétrico decresce com o sentido das linhas de força, então VA > VB.
A figura 2 mostra para cargas puntiformes as configurações para as linhas de campo elétrico:
Figura 2. À esquerda: linhas de campo de uma carga pontual positiva (‘saindo’ da carga). À direita: linhas de campo de uma carga pontual negativa (‘entrando’ na carga).
Um campo elétrico assim como um campo gravitacional é um campo de forças, ou seja, é a influência que uma ou mais cargas elétricas tem sobre o espaço ou outras cargas, esse campo atua de forma particular, suas linhas de força saem da carga positiva e se direcionam para a carga negativa. São inumeráveis a quantidade de aplicações na física moderna relativa a um campo elétrico
De acordo com HALLIDAY (2009), as linhas de campo elétrico se relacionam com o vetor campo elétrico de modo que em cada ponto das vizinhanças de uma carga elétrica, o vetor campo elétrico e a linha de campo elétrico tem a mesma orientação. Se a linha de campo elétrico for curvilínea, o vetor campo elétrico tem a mesma direção da reta tangente em cada ponto sobre essa linha. Assim, dada uma linha de campo elétrico, podemos determinar instantaneamente a direção do campo elétrico, bastando traçar a reta tangente à curva em cada um dos seus pontos, e podemos também obter o sentido do campo, indicando uma orientação sobre a linha. Para o dipolo elétrico, temos a seguinte configuração para as linhas de campo elétrico:
Figura 3. Linhas de campo para um dipolo elétrico.
Figura 4. Padrão do campo elétrico gerado por duas cargas de sinais opostos e mesmo módulo.
Para uma carga pontual, HALLIDAY (2009, p. 85) apresenta o potencial elétrico V, medido em volt, dado pela expressão . Embora o potencial elétrico seja uma função escalar, ao contrário do campo elétrico, eles trazem similaridades: ambos são proporcionais ao valor da carga-fonte e a intensidade depende da distância do ponto de medição para a carga-fonte.
MATERIAL UTILIZADO
Cuba de vidro
Fonte de tensão DC regulável
Placas de metal (eletrodos)
Multímetro
Papel milimetrado
Água
Cabos
Becker
METODOLOGIA
1.	Fixe os dois eletrodos paralelamente um ao outro, nas duas pontas da cuba;
2.	Encha a cuba com água;
3.	Aplique entre os eletrodos uma diferença de potencial;
4.	Fixe a ponta de teste do multímetro no eletrodo negativo;
5.	Utilize a outra ponta de teste para medir os potenciais a cada 1 cm entre as placas;
6.	Repita o procedimento, fazendo medições 0,5 cm acima e 0,5 cm abaixo da primeira linha de medição
7.	Construa um gráfico tensão(V) em volts x distância(d) em metros, e trace uma reta que melhor se ajuste aos dados obtidos;
RESULTADOS E ANÁLISES
Calcule o coeficiente angular da reta. O que ele representa?
O coeficiente angular de uma reta pode ser interpretado como uma taxa de variação. Como os eixos x e y apresentam unidades diferentes, o coeficiente angular representa uma taxa de variação da grandeza y em relação à grandeza x. A partir dos cálculos efetuados, obteve-se um coeficiente angular de aproximadamente 93, valor que representa o campo elétrico, visto que o campo elétrico é igual à razão do potencial pela distância.
	Distância
	Tensão
	Campo Elétrico
	0,01
	0,92
	92
	0,02
	1,88
	94
	0,03
	2,89
	96,33333333
	0,04
	3,86
	96,5
	0,05
	4,83
	96,6
	0,06
	5,79
	96,5
	0,07
	6,82
	97,42857143
	0,08
	7,77
	97,125
	0,09
	8,68
	96,44444444
	0,1
	9,55
	95,5
	0,11
	10,42
	94,72727273
	0,12
	11,46
	95,5
	0,13
	12,28
	94,46153846
	0,14
	13,25
	94,64285714
	0,15
	14,21
	94,73333333
	0,16
	15,04
	94
	0,17
	15,9
	93,52941176
	0,18
	16,85
	93,61111111
O campo elétrico é uniforme? Explique.
Sim, o campo elétrico estudado é uniforme. Dizemos que um campo elétrico é uniforme em uma região quando suas linhas de força são paralelas e igualmente espaçadas umas das outras, o que implica que seu vetor campo elétrico nesta região têm, em todos os pontos, mesma intensidade, direção e sentido. O campo elétrico entre as placas de um condensador plano é um campo elétrico uniforme.
Figura 5. Duas placas metálicas paralelas, entre as quais se estabelece uma diferença de potencial constante.
Figura 6. Diagrama esquemático da montagem experimental com eletrodos em forma de pontos.
Calcule o trabalho para transportar um elétron entre as placas.
A força elétrica que atua no transporte da carga do ponto A até o ponto B realiza um trabalho que podemos expressar através de duas equações distintas:
TAB=q.U			TAB =F.d.cos0°
TAB = 1,6 x 10-19 x 16,85
	 TAB = 26,96 x 10-19
4.	Calcule o trabalho para transportar uma carga dentro de uma mesma superfície equipotencial.
Quando A e B estão na mesma superfície equipotencial, então Va = Vb, apresentando, portanto, uma variação de potencial elétrica nula, igual à zero.
CONCLUSÃO
O experimento realizado possibilitou provar que as superfícies equipotenciais são paralelas às placas, o que está de acordo com a teoria estudada em sala de aula. Foi possível confirmar que a intensidade do campo elétrico depende da distância em relação aos elementos que o criam. Observou-se que as regiões onde o campo é mais intenso são aquelas situadas próximas aos eletrodos, onde a intensidade de campo elétrico é maior do que em regiões mais distantes.
Conclui-se que ao ligar placas planas e paralelas eletrizadas com cargas de mesmo módulo e sinais opostos foi criado um campo elétrico uniforme. Realizada a medição da ddp e da distância, pode-se obter o valor do campo elétrico através de regressão linear e comprovar que nas linhas equipotenciais a tensão é constante.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
H. Moysés Nussenzveig, Curso de Física Básica 3 - Eletromagnetismo. 1ª edição, Editora Edgard Blucher, São Paulo, SP, 1997.
HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J. Fundamentos de física 3,. Rio de Janeiro: LTC, 5ª ed., vol. 3, 2008. p.25-48 
PURCELL, Edward M. Curso de física de Berkeley: eletricidade e magnetismo. Edgar Bluchen, 1973.
Trabalho de uma força elétrica. Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/potencial2.php>. Acesso em: 20 nov. 2017.