Relatório 6 - FIS123

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Universidade Federal da Bahia
Departamento de Física do Estado Sólido
Física Geral e Experimental III – FIS123
Professor: Wanderson Silva
Turma: P25 
 Alunos: Kauê Sales
 	 
 Experimento VI
 Linhas Equipotenciais
 
Salvador
Julho de 2014
Introdução:
 Os conceitos de linhas de força e superfícies são introduzidos de forma a representar qualitativamente e quantitativamente o campo elétrico de uma configuração estacionária de cargas .A tangente a uma linha de força deve ser a direção do campo considerado, e o módulo do mesmo em dado pela densidade local das linhas de força (n° de linhas de força que atravessam perpendicularmente uma unidade de área).Uma superfície equipotencial é um lugar geométrico de pontos no espaço submetido a um mesmo potencial.
Podemos traçar linhas de força a partir de linhas equipotenciais conhecidas, uma vez que o campo é sempre perpendicular a elas.
Um dos experimentos mais usados para a constatação e estudos das linhas equipotenciais é da cuba eletrostática, nela uma película de uma solução muito diluída de CUSO4 e colocada em uma cuba de vidro e madeira. A condução elétrica de CuSO4 (sulfato de cobre) é devida ao deslocamento de portadores de cargas positivas (Cu++) e de cargas negativas (SO4 2-).
Objetivos:
 
 Neste experimento, buscamos mapear as linhas equipotenciais, bem como as linhas de força que compõem o campo elétrico, usando diferentes configurações de cargas e de sinais opostos. Alguns desses mapeamentos realizaremos com alguns “obstáculos”, tais como dois cilíndros de metal.
Material Utilizado:
 - Cuba de madeira e vidro com papel milimetrado na superfície inferior;
 - Fonte de tensão;
 - Eletrodos;
 - Placa de metal;
 - Sonda móvel;
 - Sonda fixa;
 - Líquido condutor (CuSO4);
 - Galvanômetro de zero central;
 - Placa de ligação;
 - Folha de papel milimetrado;
 - Fios.
Procedimento Experimental: 
 
 Em uma cuba de vidro, colocamos uma solução de Sulfato Cúprico (CuSO4) e dois eletrodos são posicionados de forma simétrica. Além disso, foi colocado um papel milimetrado no fundo da cuba, de modo que possamos nos orientar para a determinação dos pontos que fazem parte de uma determinada linha equipotencial. Os dois eletrodos são ligados aos dois pólos da bateria: o positivo e o negativo. Duas hastes (sondas), sendo uma fixa e uma móvel, são ligadas ao galvanômetro de zero central. Este irá detectar as correntes presentes entre as sondas. Daí, escolhemos um ponto fixo e marcamos este com a sonda. Com a sonda móvel, “varremos” a superfície da cuba até encontrarmos um ponto em que não apresente corrente marcando no galvanômetro. Nestes pontos, não ocorrem diferença de potencial. Ligando esses pontos, encontraremos uma linha equipotencial.
Discussão dos dados:
Ao mergulharmos a sonda móvel na solução, estamos procurando um ponto onde a diferença de potencial seja nula entre as sondas. Repetiremos este processo diversas vezes, afim de unirmos esses pontos e obtermos as linhas equipotenciais. Vale ressaltar que no ponto de interseção das duas sondas a diferença de potencial também era nula, fazendo parte, dessa forma, da linha equipotencial.
Numa superfície equipotencial, o vetor campo elétrico é perpendicular a esta em cada ponto. Se uma outra superfície,por acaso,a intercepte,o vetor campo elétrico também será perpendicular a ela em cada ponto, assim como no exemplo anterior. Nesta interseção, o vetor campo elétrico será a soma vetorial correspondente a cada uma das superfícies. Sabemos que este vetor soma não será perpendicular às superfícies. Logo, duas superfícies equipotencias diferentes nunca se interceptarão.
A forma e profundidade da cuba são de fundamental importância para a confecção do experimento. Isso porque, se a cuba não fosse horizontal, seria alterado a resistividade da solução,que deixaria de ser constante. Dessa forma, afetaria o traçado das linhas equipotenciais. Outro fato importante é que,se alterado a profundidade da cuba, também mudaríamos a resistividade do meio porque aumentaríamos a quantidade de líquido e,consequentemente, iríamos alterar o traçado das linhas equipotenciais.
Cada ponto da equipotencial pré-estabelecida deverá passar obrigatoriamente pela sonda fixa. Isso porque estes pontos correspondem exatamente à existência ou não de corrente nas sondas. Se não existe corrente no ponto é porque o potencial nos dois pontos é o mesmo,pertencendo a uma mesma linha equipotencial.
 Se tomarmos como eixo de simetria a linha equipotencial central, iremos perceber que existe uma simetria entre as linhas equipotenciais que são divididas pela equipotencial central. Analisando perto dos eletrodos, percebemos que as equipotencias são círculos concêntricos e as linhas de corrente saem de forma radial do eletrodo positico e se desviam quando em direção ao eletrodo negativo, no qual também chegam de maneira radial. Como a concentração destas é maior entre as faces mais próximas dos eletrodos, as linhas equipotenciais, que são as trajetórias ortogonais as linhas de força em cada ponto se parecem com elipses, tendendo a formas cada vez mais circulares à medida em que vão se aproximando dos eletrodos.
 Percebemos que as regiões onde o campo é mais intenso são aquelas mais próximas dos eletrodos porque é onde a densidade de linha de forças é maior. Nas pontas ocorre uma distribuição não-uniforme das cargas. Isso gera um campo elétrico mais intenso, fazendo com que as linhas equipotenciais se aproximem e se deformem de acordo com a geometria da placa. 
No experimento realizado os erros experimentais correspondem aos desvios na determinação exata das linhas equipotenciais devido a refração do meio líquido, que prejudicou a localização exata da ponta de prova, a possibilidade do galvanômetro estar descalibrado apresentando erros em suas leituras e também o deslocamento dos eletrodos (que deveriam se manter fixos), dentro outros.
Conclusão:
 
Este experimento faz com que possamos perceber os fenômenos abrangidos pelo campo e consequentemente pelas linhas equipotenciais, completando assim os conceitos fundamentais da Lei de Gauss e as variáveis e constantes imbutidas nesta lei, bem como as idéias e princípios do potencial elétrico. Verifica-se assim que podemos definir a direção e sentido do campo bem como as relações com a densidade de carga e as variações dos gradientes de potencial sobre um campo.
Sendo assim a experiência da cuba eletrolítica nos permitiu obter a configuração de campos elétricos, traçando linhas equipotenciais a partir das diferenças de potencial.
Ainda foi possível lidar com grandezas físicas associadas de forma qualitativa para a verificação e notação da influência que a carga gera sobre o meio.