CAMPO ELÉTRICO 2018

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
LABORATÓRIO DE FÍSICA III
CAMPO ELÉTRICO
ACADÊMICOS(S): Ludmila Prieto			 RA: 96025; 
 Rafael Cortes RA: 101604;
 
TURMA: 32; 
PROFESSOR: Guilherme Maia Santos;
MARINGÁ, 21 DE MAIO DE 2018. 
RESUMO
Este relatório aborda os conceitos de linhas equipotenciais de campo, campo elétrico e potencial eletrostático com a finalidade de analisar os equipotenciais de um campo elétrico, determinar campo elétrico entre placas paralelas e analisar potencial e campo no interior de um anel metálico. Os resultados apresentados foram obtidos em sala de aula por um método experimental, utilizando os materiais apresentados no item 5.1, através dos quais pode-se realizar uma análise (item 6) e obter-se uma conclusão (item 7).
INTRODUÇÃO GERAL
Um campo elétrico é o campo de força provocado pela ação de cargas elétricas, (elétrons, prótons ou íons) ou por sistemas delas. Cargas elétricas colocadas num campo elétrico estão sujeitas à ação de forças elétricas, de atração e repulsão. Para determinar a existência de um campo elétrico, devemos colocar uma carga de prova eletrizada na região do espaço em que há um campo elétrico, dessa forma verificaremos que tal carga fica sujeita a uma força elétrica (F). Portanto, as fontes de campo elétrico são corpos eletrizados, que chamamos de cargas fonte (q) [1]. Concluímos que campo elétrico é um tipo de força que as cargas elétricas geram ao seu redor. Por forma de convenção, no campo elétrico de cargas positivas seus vetores apontam no sentido para fora da carga, e no de forças negativas os vetores apontam entrando na carga, resumindo, o campo elétrico sai do positivo e vai para o negativo. Nesse trabalho será abordado esse conceito na prática em laboratório.
OBJETIVOS
Achar as equipotenciais de um campo elétrico, em uma cuba eletrólita.
Determinar o campo elétrico, em módulo, direção e sentido, devido a algumas distribuições de cargas elétricas.
Analisar o potencial e campo no interior de um anel metálico, isolado.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A intensidade de um campo elétrico E, sempre considerando a carga de prova puntiforme, é dada pela formula:
 (1)
Assim, voltando para a definição de campo podemos dizer que ele dependerá diretamente a força elétrica entre as cargas e inversamente à carga de prova. [2]
SILVA (2016) afirma que uma superfície equipotencial constitui uma região do campo elétrico em que todos os seus pontos apresentam o mesmo potencial, assim, uma superfície equipotencial pode apresentar diversas formas geométricas. Ao se colocar uma carga elétrica puntiforme em um ponto qualquer do espaço e longe de outras cargas elétricas, é possível calcular o potencial elétrico em um ponto próximo a ela através da relação:
 (2)
Onde k é a constante eletrostática, Q é o valor da carga puntiforme e d é a distância que separa as cargas. 
Através dessa equação pode-se afirmar que todos os pontos próximos da carga elétrica geradora apresentam o mesmo potencial elétrico. Dessa maneira, também é possível se dizer que as superfícies possuem formas de esferas para cargas puntiformes isoladas do restante das cargas (SILVA, 2016b).
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 (SILVA, 2016b). 
O que é possível de ser observado na figura 1. 
Figura 1 - Linhas de força de um campo elétrico
Com a figura 1, é possível verificar que o potencial elétrico decresce com o sentido das linhas de força, então VA > VB.
Para obter, aproximadamente, o vetor campo elétrico num ponto (P) do espaço utilizamos a equação: 
; (3)
Onde é a d.d.p. entre dois pontos e é a distância.
Já a blindagem eletrostática, segundo Teixeira (2016), ocorre quando o excesso de cargas em um condutor distribui-se uniformemente em sua superfície e o campo elétrico em seu interior fica nulo. Quando um corpo condutor de eletricidade é eletrizado por meio de algum dos processos de eletrização, as cargas elétricas são distribuídas uniformemente em sua superfície, devido às cargas elétricas tenderem ao afastamento, o que vai de acordo com o princípio da repulsão entre cargas de mesmo sinal, até atingirem uma condição de repouso, o equilíbrio eletrostático.
Uma das propriedades de um condutor em equilíbrio eletrostático é que o campo elétrico em seu interior é nulo justamente pela sua distribuição de carga, fenômeno este conhecido como blindagem eletrostática (TEIXEIRA, 2016). 
DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
MATERIAIS UTILIZADOS
Fonte de tensão alternada (AC);
Voltímetro;
Fios;
Jacarés;
Fita crepe;
Pontas de provas;
Placas metálicas;
Anel metálico;
Água de torneira (solução eletrólita);
Cuba de vidro;
Papel milimetrado;
Suportes.
MONTAGEM EXPERIMENTAL
Campo elétrico devido a um dipolo elétrico
Figura 2 - Montagem experimental do experimento de campo elétrico devido a um dipolo elétrico
Campo elétrico entre placas metálicas paralelas
Figura 3 - Montagem experimental do experimento de campo elétrico entre placas metálicas paralelas
DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO
Campo elétrico devido a um dipolo elétrico
Uma cuba de vidro com um papel milimetrado de dimensões 15cmx15cm acoplado a sua base foi usada. Nas laterais dela foram apoiados dois suportes, esses que foram fixados com fita crepe, e neles haviam pontas metálicas, as quais simularam os polos positivo e negativo. A cuba foi ocupada com água, até que essa atingisse a altura das pontas metálicas. Uma fonte AC foi calibrada em modo de onda senoidal e com o ajuste mais preciso para 70Hz. Cada um dos suportes recebeu um dos polos fornecidos pela fonte, e ainda o suporte que havia recebido o polo negativo, recebeu, conectado por um jacaré, um fio que se conectava ao negativo em um voltímetro, e desse mesmo voltímetro saía um fio com uma ponta de prova em um de seus lados, a qual era colocada na agua da cuba para detectar pontos de mesmo potencial, assim que os valores iam sendo encontrados eles eram anotados em uma tabela. 
Após essa parte finalizada, substitui-se o fio com a ponta de prova, por um fio especial, no qual haviam três pontas, dispostas em linha reta e distanciadas 0,5cm uma da outra. Na cuba haviam três pontos (C, D e E), nos quais as pontas centrais eram apoiadas e assim eram feitas varreduras de 360º sobre cada circunferência, de tal forma que se determinasse o maior potencial. Os valores e as coordenadas eram anotados em uma tabela.
Campo elétrico entre placas paralelas
Com toda a etapa concluída os suportes são removidos e substituídos por placas metálicas que eram introduzidas diretamente na água, as placas distanciavam 15cm uma da outra, e com essas informações, foram anotadas as equipotencias do campo elétrico. 
Campo elétrico no interior de um anel metálico
Para finalizar, um aro metálico foi inserido no centro do sistema, e pontos fora e dentro do mesmo foram medidos e anotados. 
DADOS OBTIDOS EXPERIMENTALMENTE
Tabela 1 - Dados obtidos para as superfícies equipotenciais em um dipolo elétrico
	V1 = 1,556
	V2 = 1,385
	V3 = 1,170
	V4 = 1,720
	V5 = 1,935
	x (cm)
	y(cm)
	x (cm)
	y (cm)
	x (cm)
	y (cm)
	x (cm)
	y(cm)
	x (cm)
	y (cm)
	7,5
	11,2
	10,5
	11,5
	13,2
	4,8
	4,3
	11,7
	1
	4,4
	7,5
	10
	10
	9,7
	12,7
	6
	4,8
	8,7
	1,3
	10,3
	7,5
	7,5
	10
	7,5
	12,5
	7,5
	5
	7,5
	2,5
	7,5
	7,5
	5
	10
	5,5
	13
	9,4
	4,8
	5,7
	2,2
	8,7
	7,5
	3,5
	10,3
	3,7
	13,5
	10,3
	4,5
	4,5
	2,1
	6,3
Tabela 2 - Dados para medidascom as duas pontas de prova
	 
	(x1, y1) (cm)
	(x2, y2) (cm)
	∆Vmáx (V)
	C
	(3,3 , 7,4)
	(4,6 , 7,4)
	0,104 V
	D
	(2,6 , 12)
	(3,7 , 12)
	0,059 V
	E
	(11,4 , 12)
	(12,5 , 12)
	0,056 V
Tabela 3 - Dados obtidos para as superfícies equipotenciais entre as placas metálicas
	V1 = 1,130 V
	V2 = 0,966 V
	V3 = 1,686 V
	x (cm)
	y(cm)
	x (cm)
	y (cm)
	x (cm)
	y (cm)
	7,5
	8
	4,6
	10
	3,5
	6
	5
	8
	7,5
	10
	7,5
	6
	2,6
	8
	0,5
	10
	5,4
	6
Tabela 4 - Dados obtidos no interior do anel metálico
	x (cm)
	y(cm)
	V (V)
	7
	8
	1,353
	7
	10
	1,353
	5
	7
	1,353
	 
	 
	1,353
	 
	 
	1,353
Tabela 5 - Dados obtidos no exterior do papel metálico
	x (cm)
	y(cm)
	V (V)
	7
	4
	1,57
	9
	4,3
	1,57
	11,5
	5,6
	1,57
	4,2
	4,6
	1,57
INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS
Figura 4 – Superfícies equipotenciais para o dipolo
Figura 5 – Superfícies equipotenciais entre placas paralelas
ANÁLISE DOS RESULTADOS
Campo elétrico devido a um dipolo elétrico
Primeiramente foi realizado o experimento de análise das superfícies equipotenciais entre as pontas metálicas. Esperava-se superfícies na configuração conforme a figura abaixo.
O Gráfico da Figura 4 representa as superfícies equipotenciais entre as pontas metálicas banhadas na cuba. Conforme é possível visualizar no gráfico acima as superfícies apresentara m configuração conforme esperado. Na legenda do Gráfico estão demonstrados os valores do potencial de cada superfície equipotencial. As linhas de forças entre estes polos são perpendiculares entre as superfícies equipotenciais.
Campo elétrico entre duas placas paralelas
Para cada ponto, segue o cálculo do valor do campo elétrico:
Conforme o esperado, de acordo com o gráfico da figura 5, as superfícies demonstraram ser paralelas as placas.
Campo elétrico no interior de um anel metálico
Analisando as tabelas 4 e 5, verifica-se que os valores dos potenciais encontrados são muito próximos entre si, mostrando que o material metálico não faz efeito no potencial existente.
CONCLUSÃO
Foi possível traçar as superfícies equipotenciais de um campo elétrico, em uma cuba eletrolítica; determinar o campo elétrico, em módulo , direção e sentido , devido a algumas distribuições de cargas elétricas e analisar o potencial e campo no interior de um anel metálico, isolado.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] http://campoeletricosandro.blogspot.com.br/2012/04/definicao-de-campo-eletrico.html. Página visitada em 05/2018
[2] http://www.infoescola.com/fisica/campo-eletrico/
[3] http://www.dfi.uem.br/dfinova3/textos/ap_fis_geralexpIII.pdf