Experimento 5

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS NATURAIS
CURSO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
FÍSICA PARA CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
EXPERIMENTO 5 – EQUIPOTENCIAIS E GRADIENTES DE CAMPO
ANA CAROLINA DOS PASSOS SACRAMENTO
ESTHER FRANCO DE CARVALHO
SÃO JOÃO DEL REI
2017
	INTRODUÇÃO
	Campo elétrico:
As forças elétricas atuam entre corpos que não estão em contato mútuo. Há um campo de força que influencia corpos eletrizados e de grande massa. A força é gravitacional e o espaço alterado ao redor de um corpo dotado de massa é seu campo gravitacional. O campo desempenha o papel de um intermediário na força entre os corpos. Do mesmo modo como o espaço ao redor de um planeta ou de outros corpos massivos está preenchido por um campo gravitacional, o espaço ao redor de cada corpo eletricamente carregado também está preenchido por um campo elétrico, uma aura energética que se estende pelo espaço (PAUL, 2011). 
	Um campo elétrico possui valor (intensidade), direção e sentido. O valor do campo em qualquer ponto é a força por unidade de carga. Se um corpo com carga q experimenta uma força F em um determinado ponto do espaço, o valor do campo elétrico neste ponto é
	E= F/q
	A direção e o sentido do campo são indicados pelos vetores, e são definidos pela direção e pelo sentido em que uma pequena carga de teste positiva em repouso seria empurrada. A direção da força e a do campo, em um ponto qualquer, são as mesmas. Quando o campo elétrico é criado em uma carga positiva ele, por convenção, terá um sentido de afastamento. Quando o campo elétrico é criado em uma carga negativa ele, por convenção, terá um sentido de aproximação. 
	Potencial elétrico:
	Um objeto eletrizado possui uma energia potencial em virtude de sua localização no interior de um campo elétrico. Do mesmo modo como é preciso realizar trabalho para erguer um objeto de grande massa contra o campo gravitacional da Terra, também é preciso trabalho para empurrar uma partícula carregada contra o campo elétrico gerado por um outro corpo eletrizado. Esse trabalho altera a energia potencial elétrica da partícula carregada. Considere uma partícula com a pequena carga elétrica positiva localizada a uma certa distância de uma esfera positivamente eletrizada. Se essa partícula for empurrada para mais próximo da esfera, você gastará energia para vencer a repulsão elétrica existente, ou seja, realizará trabalho ao empurrar a partícula eletrizada contra o campo elétrico gerado pela esfera. Esse trabalho aumenta a energia da partícula. Essa energia que a partícula possui em virtude de sua localização é chamada de energia potencial elétrica. Se a partícula for solta, ela acelera, se afastando da esfera, e sua energia potencial elétrica vai sendo convertida em energia cinética. 
Quando empurramos uma partícula com duas vezes mais carga elétrica, realizaremos duas vezes mais trabalho sobre ela, de modo que uma partícula cuja carga foi dobrada, estando na mesma posição espacial, terá duas vezes mais energia potencial elétrica. Uma partícula com carga triplicada terá energia potencial elétrica triplicada, e assim por diante. Ao tratar-se de partículas carregadas em um campo elétrico consideraramos a energia potencial elétrica por unidade de carga. A unidade de carga elétrica é o coulomb.
	Quando uma carga q é deslocada de um ponto com potencial VA para outro ponto com potencial VB o campo elétrico realiza sobre ela um trabalho q (VA – VB). Como o trabalho é a força multiplicada pela distância, a força média pode ser calculada se conhecemos o potencial e a distância. Conhecendo a força e a carga também podemos calcular o campo: 
	Fd= q(VA – VB) → F/q= (VA – VB)/d
	Como F/q = E, temos:
	E= (VA – VB)/d
	Se conhecermos duas superfícies nas quais o potencial elétrico é constante, as equipotenciais, podemos calcular o campo elétrico médio entre elas lembrando que o campo é sempre perpendicular às equipotenciais e usando a equação 
E= (VA – VB)/d 
para calcular seu valor. 
	Esse experimento tem como objetivo obter superfícies equipotenciais em uma cuba eletrolítica, mapear o campo elétrico a partir das superfícies equipotenciais, desenvolver os conceitos de potencial e campo, e familiarizar-se com o campo para diversas distribuições de carga. 	
MATERIAIS E MÉTODOS
Foi utilizado nesse experimento os seguintes materiais:
Cuba eletrolítica 
Ponta de prova
Água
Fonte de tensão regulável 
Multímetro
Cabos banana-jacaré
Fios de cobre (2 com formato em T, 2 com formato em L, e um com formato de anel)
A cuba eletrolítica foi montada colocando os dois fios de cobre com formato em T um em cada extremidade. Os cabos da fonte de tensão regulável foram conectados e colocando o cabo com carga positiva de um lado e o cabo com carga negativa de outro. O multímetro foi ligado colocando o cabo sem a voltagem no fio de cobre com o cabo de carga negativa. A corrente e a voltagem da fonte de tensão regulável foram ligadas no máximo, a voltagem ficou em 27,6V. Foi verificado com a ponta de prova se a voltagem do fio de cobre com carga negativa estava com 0,00V e se o fio de cobre com carga positiva estava com a mesa voltagem da fonte de tensão regulável. 
Para medir os pontos que determinam a curva equipotencial, a ponta de prova foi mergulhada na cuba eletrolítica e foram marcados três pontos com voltagem diferente na vertical entre os dois fios de cobre. Mais cinco pontos com a mesma voltagem encontrada em cada um desses três pontos da vertical também foram marcados. 
	Esses passos foram feitos com a cuba eletrolítica com fios de cobre com uma fonte de ponto (fio de cobre em formato em L) e anel de guarda (fio de cobre com formato de anel), onde a ponta do fio de cobre em formato em L fica no meio do anel. E também com a cuba eletrolítica com os fios de cobre dipolos de cargas opostas (dois fios de cobre com formato em L colocados em lados opostos). 
	RESULTADOS
		Cuba eletrolítica com fios de cobre na disposição capacitor de placas paralelas (distância dos fios: 10 – 40) 
	10V
	6V
	3V
	36 – 7
	24 – 6
	14 – 4 
	36 – 17
	24 – 16 
	14 – 11 
	36 – 22
	24 – 25 
	14 – 19 
	36 – 29 
	24 – 29 
	14 – 26 
	36 – 36 
	24 – 35 
	14 – 33 
Tabela 1: Resultados dos pontos marcados que determinam a curva equipotencial da Cuba eletrolítica com fios de cobre na disposição capacitor de placas paralelas.
Fig. 1 – Mapeamento do campo elétrico formado pelos pontos marcados que determinam a curva equipotencial da Cuba eletrolítica com fios de cobre na disposição capacitor de placas paralelas.
 
		Cuba eletrolítica com fios de cobre na disposição fonte de ponto anel de guarda (distância do anel: 10 – 40)
	10V
	1,4V
	1V
	25 – 19 
	23 – 19 
	21 – 14 
	28 – 19 
	27 – 16 
	28 – 12 
	24 – 20 
	31 – 19 
	36 – 18 
	28 – 23 
	27 – 26 
	30 – 29 
	24 - 22
	22 – 24 
	18 – 26 
Tabela 2: Resultados dos pontos marcados que determinam a curva equipotencial da Cuba eletrolítica com fios de cobre na disposição fonte de ponto anel de guarda.
Fig. 2 – Mapeamento do campo elétrico formado pelos pontos marcados que determinam a curva equipotencial da Cuba eletrolítica com fios de cobre na disposição fonte de ponto anel de guarda.
		Cuba eletrolítica com fios de cobre na disposição dipolos de cargas opostas (distância dos fios: 10 – 40)
	19V
	15,5V
	12,5V
	39 – 7 
	25 – 2 
	11 – 7 
	35 – 12
	25 – 10
	14 – 12 
	33 – 17 
	25 – 20 
	18 – 20 
	32 – 23 
	25 – 29 
	15 – 28 
	36 – 30 
	25 – 36 
	12 – 36 
Tabela 3: Resultados dos pontos marcados que determinam a curva equipotencial da Cuba eletrolítica com fios de cobre na disposição dipolos de cargas opostas.
Fig. 3 – Mapeamento do campo elétrico formado pelos pontos marcados que determinam a curva equipotencial da Cuba eletrolítica com fios de cobre na disposição dipolos de cargas opostas.
	DISCUSSÃO
As superfícies equipotenciais são superfícies de um campo elétrico, onde todos os pontos apresentammesmo potencial elétrico. Uma superfície equipotencial pode apresentar diversas formas geométricas. Uma superfície equipotencial é interceptada perpendicularmente pelas linhas de força de um campo elétrico. Se as linhas de força de um campo elétrico forem conhecidas, fica mais fácil representar as superfícies equipotenciais. Em uma região onde o campo elétrico é uniforme, para serem perpendiculares às linhas de força, as superfícies equipotenciais devem ser planas (¹).
As superfícies equipotenciais são linhas retas paralelas aos fios de cobre, a intensidade do campo elétrico depende da distância em relação dos fios de cobre. Essa intensidade é inversamente proporcional à menor distância entre o elemento de maior potencial elétrico (²).
Na cuba eletrolítica com os fios de cobre em disposição de fonte de ponto e anel de guarda, o campo elétrico é gerado pela carga puntiforme. Sua direção será radial, ou seja, o valor potencial encontrado é o mesmo para qualquer ponto sobre essa simetria radial (4). 
Num campo elétrico uniforme o dipolo sofre a ação de duas forças iguais e opostas que tendem a girar o dipolo, alinhando o momento de dipolo com o campo elétrico. Como o campo elétrico é uniforme, a força resultante sobre o dipolo é nula, e o centro de massa do dipolo não se move. Contudo, as forças sobre as extremidades carregadas produzem um torque resultante sobre o dipolo em torno de seu centro de massa, fazendo um ângulo de 180º em volta do ponto onde está o fio de cobre (³).
	
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Física conceitual / Paul G. Hewitt; tradução: Trieste Freire Ricci; revisão técnica: Maria Helena Gravina. – 11ed. – Porto Alegre: Bookman, 2011. Xxiv, 744p.: il. color.; 28cm. 
(¹) http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/superficie-equipotencial.htm
(²) http://www.ebah.com.br/content/ABAAAgdAEAE/relatorio-campo-eletrico
(³) http://www.fotoacustica.fis.ufba.br/daniele/FIS3/DipoloEletrico.pdf
(4) http://educacao.globo.com/fisica/assunto/eletromagnetismo/forca-eletrica-e-campo-eletrico.html