Relatório Campo Elétrico

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL / MECÂNICA 
 
 
 
CLEVERSON RIBEIRO DALCORTIVO 
JULIO CESAR KOHUT 
LUCAS AGUILAR FLEGLER 
LUCAS ANDRÉ PRADO 
 
 
 
RELATÓRIO DE FÍSICA 3 
 
 
 
 
 
 
GUARAPUAVA 
2018 
1 .RESUMO 
O presente experimento sobre campo e linhas elétricas, tem por finalidade a 
visualização do que foi visto em teoria matemática, assim com a utilização dos 
materiais adequados e de conceitos de eletricidade, pode-se chegar ao resultado 
esperado que era a visualização das linhas formadas pelos campos elétricos. 
 
2 .INTRODUÇÃO 
Podemos representar as linhas de força de um campo elétrico como um 
campo vetorial que representa as linhas imaginárias retas ou curvas, cuja 
tangente em qualquer ponto fornece a direção e sentido do vetor campo elétrico, 
como representado na Figura 1, onde o vetor campo elétrico é representado por 
E1, E2, E3, E4. 
 
 
Figura 1 - Linhas de campo e vetor campo magnético 
Fonte: http://fisicaevestibular.com.br/novo/eletricidade/eletrostatica/linhas-de-forca-de-
campo-de-um-campo-eletrico-potencial-eletrostatico/ 
O sentido do campo elétrico é o mesmo das linhas de campo, que se 
afastam do polo positivo em direção ao negativo. A intensidade do campo elétrico 
é proporcional à concentração das linhas de campo. 
A Figura 1, representa a força que atua entre dois corpos carregados 
eletricamente e separados por uma distância “d”. 
 
Figura 2 - Força de ação mútua entre dois corpos carregados eletricamente 
Fonte: http://educacao.globo.com/fisica/assunto/eletromagnetismo/forca-eletrica-e-campo-
eletrico.html 
A força (F) que atua entre dois corpos carregados eletricamente pode ser 
calculada através da Lei de Coulomb, Equação (1) 
�⃗� = 𝑘
|𝑞1||𝑞2|
𝑑2
 
 (1) 
Onde k é a constante de proporcionalidade no meio analisado. 
 
 
Percebe-se que os vetores E e F possuem a mesma direção, porém o 
sentido é determinado pelo sinal da carga, caso a carga tenha sinal positivo 
ambos os vetores terão o mesmo sentido, caso a carga tenha sinal negativo os 
sentidos de F e E serão opostos como mostrado na Figura 3. 
 
Figura 3 - Vetor Campo Elétrico 
Fonte: http://educacao.globo.com/fisica/assunto/eletromagnetismo/forca-eletrica-e-campo-
eletrico.html 
A Equação (2) representa o vetor campo elétrico. 
 
�⃗⃗� =
�⃗�
𝑞
 (2) 
 
O desenho das linhas de campo permite visualizar graficamente como se 
comporta o vetor campo elétrico na região analisada. 
 
Figura 4 - Linhas de Campo em Cargas Elétricas 
Fonte: http://educacao.globo.com/fisica/assunto/eletromagnetismo/forca-eletrica-e-campo-
eletrico.html 
Na Figura 4, vemos o comportamento do campo elétrico em três 
situações. 
Cargas positivas onde o sentido do vetor campo elétrico indica o 
afastamento em relação a carga, cargas negativas onde o sentido do vetor 
campo elétrico indica a aproximação em relação a carga. E a configuração de 
duas cargas elétricas carregas positivamente, onde percebe-se a tendência a 
atração entre as cargas. 
 
 
Figura 5 - Linhas de Campo Dipolo Elétrico 
Fonte: http://fisicaevestibular.com.br/novo/eletricidade/eletrostatica/linhas-de-forca-de-
campo-de-um-campo-eletrico-potencial-eletrostatico/ 
Na Figura 5, é possível observar as interações de um dipolo elétrico onde 
a esquerda temos o polo positivo e a direita o polo negativo. A carga positiva gera 
em um ponto P, um campo de afastamento (E1), enquanto a carga negativa gera 
um campo de aproximação (E2) a soma vetorial destes dois campos gera o 
campo resultante (Er), que é tangente as linhas de campo. 
Se avaliarmos a hipótese de duas linhas de campo se cruzarem teríamos 
que no ponto de intersecção atuariam dois campos, porém pela propriedade 
fundamental do campo elétrico, em cada ponto só existe um vetor de campo, 
portanto concluímos que duas linhas de campo não se cruzam, demonstrado por 
absurdo. 
 
Figura 6 - Campo Elétrico Uniforme 
Fonte: http://educacao.globo.com/fisica/assunto/eletromagnetismo/forca-eletrica-e-campo-
eletrico.html 
As linhas de campo exibidas na Figura 6, representam o campo onde os 
vetores de campo elétrico são constantes em todos os pontos com mesma 
intensidade, direção e sentido, chamado de campo elétrico uniforme. 
 
3.MATERIAIS E MÉTODOS 
 
A seguir estão detalhados os materiais utilizados no experimento: 
 
 Gerador de Van der Graaff; 
 Bastão (com uma extremidade em material condutor e outra 
isolante); 
 Cabos condutores – Banana/Jacaré; 
 Diversas peças metálicas; 
 Cuba de acrílico com fixadores para os eletrodos; 
 Óleo; 
 Folha papel sulfite; 
 Recipiente de acrílico; 
 Fubá. 
 
 
 
 
Neste experimento utilizou-se o gerador, os cabos condutores que 
se ligaram ao gerador, as peças metálicas para configuração dentro do 
recipiente acrílico, o óleo e o fubá (material neutro). Colocamos embaixo 
do recipiente uma bandeja de acrílico, apenas para servir de apoio com 
uma folha de papel sulfite em branco, e em seguida a cuba de acrílico 
com suporte para os eletrodos, e dentro desta, colocamos o óleo. 
Depois escolhemos as peças metálicas conforme orientação do roteiro 
do experimento. 
 A primeira configuração que montamos continha apenas uma 
peça, representando um ponto com carga elétrica negativa. 
Conectamos um cabo ao gerador e a peça metálica, de modo que esta 
ficou carregada negativamente. Antes de ligarmos o gerador, 
polvilhamos várias pitadas de fubá para simular partículas neutras, que 
iriam seguir a forma das linhas de campo elétrico. Ao entrar em contato 
com o óleo e com as estruturas metálicas carregadas, as partículas de 
fubá desenharam as linhas do campo elétrico no óleo, como o 
esperado. Assim, repetimos o mesmo procedimento para mais sete 
combinações utilizando as peças metálicas. E sempre ao final de 
cada etapa, utilizamos o bastão na superfície do gerador, para 
descarregá-lo. Segue na figura 7 a representação das oito 
configurações realizadas: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7- Configurações realizadas 
Fonte: arquivo próprio 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
 Ao final dos experimentos, foi possível obter uma resposta diante dos 
campos elétricos criados em cada configuração. Com o auxílio de um programa 
foi possível confirmar as nossas análises, indicando como seria o trajeto ideal 
do campo elétrico de maneira detalhada. As figuras abaixo tratam-se dos 
campos elétricos indicados por flechas, onde o grupo comparou as análises 
obtidas visualmente e através de fotos, com as configurações feitas pelo 
programa. 
Configuração 1: 
 
 
 Na primeira configuração foi possível verificar que o material carregado 
negativamente atraía os grãos de fubá. 
Configuração 2: 
 
Figura 8 – primeira configuração 
Fonte: arquivo próprio 
Figura 9 – segunda configuração 
Fonte: arquivo próprio 
 Já na segunda configuração, com dois materiais carregados com cargas 
distintas, foi possível verificar que o campo elétrico adotava um sentido de 
flechas saindo do material positivo e indo para o negativo. Ou seja, os grãos de 
fubá estavam se repelindo em relação ao material positivo, e se atraindo em 
relação ao material negativo, de forma que cada um dos campos era circular 
em relação a cada material, porém esta forma circular mudava a medida que 
um campo influenciava o outro, em pontos mais distantes do centro de cada 
material. 
Configuração 3: 
 
 
 Na terceira configuração, que se tratava de duas cargas pontuais e 
ambas carregadas negativamente, percebeu-se que os grãos se deslocavamsemelhante à carga pontual negativa da configuração 1. E por se tratar de duas 
cargas negativas desta vez, a combinação dos campos elétricos adotou uma 
trajetória de repulsão quando os grãos estavam entre os dois campos, como é 
possível ver na imagem acima, na parte central. E nos outros locais onde a 
presença de um campo era mais insignificante em relação ao outro, os grãos 
apenas se atraiam para o material. 
 
 
 
 
Figura 10 – terceira configuração 
Fonte: arquivo próprio 
Configuração 4: 
 
 
 Esta configuração se tratou de um dos materiais, no caso o carregado 
positivamente, possuir uma forma linear conforme a figura nos mostra (em 
amarelo). E analisando os grãos, foi possível perceber um campo elétrico 
semelhante ao da configuração 2, que faz sentido em se tratando de dois 
campos com cargas diferentes novamente um ao lado do outro. Apesar de 
serem semelhantes, o campo elétrico do material linear não era mais em forma 
circular, alterando também a forma do campo elétrico nos locais onde os dois 
campos atuavam, principalmente entre os dois materiais. 
Configuração 5: 
 
Figura 11 – quarta configuração 
Fonte: arquivo próprio 
Figura 12 – quinta configuração 
Fonte: arquivo próprio 
 Na configuração 5, os campos elétricos também seguiram o mesmo 
raciocínio lógico dos anteriores, no qual o campo elétrico era semelhante ao da 
configuração 2, porém com mais grãos de fubá se movendo linearmente, como 
é possível observar na direita e esquerda da figura acima, e também no centro, 
onde os grãos de fubá se deslocavam em linha reta do material positivo para o 
negativo. 
Configuração 6: 
 
 
 A configuração 6 foi mais difícil de identificar o que acontecia com os 
grãos de fubá quando estavam entre os dois materiais. Chegando à conclusão 
que eles estavam parados devido à junção dos dois campos elétricos, fazendo 
com que se anulasse a força de repulsão e atração. 
Configuração 7: 
 
Figura 13 – sexta configuração 
Fonte: arquivo próprio 
Figura 14 – sétima configuração 
Fonte: arquivo próprio 
 
 A configuração 7 consistiu num material em forma de anel, mas para 
padronizar as imagens foi representado por uma forma quadricular devido a 
limitações do programa utilizado. Desta vez foi observado que os grãos que 
estavam na parte de dentro do anel não se moviam, enquanto os grãos do lado 
de fora do anel sofriam atração do material carregado negativamente, no qual o 
campo era circular e uniforme. Os grãos da parte de dentro ficavam 
estagnados por causa do campo ser neutro dentro do anel, ou seja, suas forças 
se anulavam. 
Configuração 8: 
 
 
A última configuração consistiu num anel menor dentro de outro maior, 
ambos representados pelos quadrados na imagem acima, porém eram 
circulares no experimento. Novamente o campo do lado de fora era igual ao da 
configuração 7, atraindo os grãos de fubá para as bordas do anel maior, que 
por sua vez estava carregado negativamente. No interior do anel menor o 
campo elétrico também se anulava, deixando os grãos parados. E por fim na 
região entre o anel maior que se encontrava negativo, e o anel menor que se 
encontrava positivo, os grãos iam contra as bordas exteriores do anel menor e 
em direção as bordas interiores do anel maior, comprovando a atração 
existente. 
 
 
 
Figura 15 – oitava e última configuração 
Fonte: arquivo próprio 
5. CONCLUSÃO 
 
 Concluímos que o campo elétrico pode ser facilmente visualizado 
através de experimentos como esse, o que facilita o estudo sobre os diferentes 
comportamentos que surgem nas mais diversas possibilidades de alocação de 
cargas, sejam elas iguais ou distintas, pontuais, lineares, ou com outras 
formas, como circunferências ou retângulos. 
 Também concluímos que o comportamento do campo elétrico sempre 
seguirá um padrão, e pode-se “prever” qual ele será se analisarmos as cargas 
em questão. O campo sempre se moverá afastando-se da carga positiva e 
aproximando-se da negativa. Haverá movimentos em formas elípticas ou 
circulares, e também movimentos lineares (no caso de cargas distribuídas em 
corpos lineares). Se houverem cargas iguais, o campo elétrico irá ter um 
comportamento de repulsão no meio delas e se houver uma carga distribuída 
ao longo de uma circunferência, no centro dela o campo será neutro. 
 Concluímos, por fim, que o campo elétrico sempre dependerá das 
cargas nele posicionadas, das suas magnitudes, formas e sinais (cargas 
positivas ou negativas). 
 
 
6. REFERÊNCIAS 
 
Linhas de Força de um Campo Elétrico – Potencial Eletrostático . Disponível 
em: < http://fisicaevestibular.com.br/novo/eletricidade/eletrostatica/linhas-de-
forca-de-campo-de-um-campo-eletrico-potencial-eletrostatico/>. Acesso em: 02 
abr. 2018 
 
Forças entre Cargas. Disponível em: 
<http://educacao.globo.com/fisica/assunto/eletromagnetismo/forca-eletrica-e-
campo-eletrico.html >. Acesso em: 02 abr. 2018 
 
Lei de Coulomb. Disponível em: 
<http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/leidecoul
omb.php>. Acesso em: 02 abr. 2018.