PRÁTICA 1a Eletrostática

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Laboratório de Física Universidade Federal do Paraná 
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ELETROSTÁTICA: ELETRIZAÇÃO E GERADORES ELETROSTÁTICOS 
 
OBJETIVO – Estudar a eletrização por atrito, contato e indução; Demonstrar a lei de 
conservação da carga; estudar o campo elétrico e a distribuição de cargas em torno de corpos 
eletrizados. 
 
MATERIAL NECESSÁRIO: 
 Eletrômetro básico; 
 Gaiola de Faraday; 
 Esferas condutivas; 
 Fonte de tensão eletrostática; 
 Varinhas produtoras de carga; 
 Cabos de ligação. 
 
Figura 1 – Equipamentos utilizados no experimento. 
 
Procedimento A 
Parte 1 
 
Figura 2: Ligação entre o Eletrômetro e a Gaiola de Faraday 
 
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1. Conecte o Eletrômetro à Gaiola de Faraday, como mostrado na Figura 2. Conecte a pinça 
com a faixa vermelha no condutor interno e o cabo terra (jacaré preto) no condutor exterior. O 
Eletrômetro é um dispositivo que pode medir a diferença de tensão entre pequenas cargas. A 
Gaiola de Faraday é o cilindro condutor de malha interna. Quando uma carga Q é colocado no 
interior do cilindro interno, o cilindro torna-se polarizado com uma carga (quase exata se não 
houvesse uma parte superior aberta) Q igual a mover-se para o exterior do cilindro interior. A 
tensão entre os cilindros interior e exterior é diretamente proporcional à carga no lado de fora 
do condutor interior, de modo que esta é uma forma de medir diretamente a mudança no 
interior da Gaiola. 
 
2. Ligue o Eletrômetro e defina o intervalo de 10V. 
 
3. Toque com um dedo na Gaiola de Faraday no cilindro interior e exterior ao mesmo tempo, 
como na Figura 3. Em seguida, remover o dedo do cilindro interior e, em seguida, o dedo do 
cilindro exterior. A palavra "aterramento" é usada para significar a remoção de todos (na 
verdade, apenas a maior parte) os excessos de carga. Em geral, faz-se isto por contato do 
sistema com um condutor que é muito maior, neste caso o corpo humano. 
 
Figura 3 – Retirada do excesso de cargas na Gaiola de Faraday. 
 
4. Pressione o botão "ZERO" no Eletrômetro. 
 
5. Alterar o intervalo no Eletrômetro a 100V. Pressione novamente o botão Zero. 
 
Parte 2 
1. Aterre a Gaiola de Faraday, zere o eletrômetro e certifique-se não há nenhuma carga sobre 
as varinhas de produzir carga. 
 
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2. Insira as varinhas no interior do cesto, sem deixá-las tocar umas as outras ou nas paredes 
da cesta. Como não há nenhuma carga líquida em qualquer varinha, a agulha no monitor não 
deve se mover e ainda ler quase zero. Pressione o botão “Zero” no Eletrômetro. Registre a 
leitura "inicial" na linha 1 da tabela de tensão. 
 
3. Faça todas as seguintes etapas tão rapidamente quanto possível para minimizar a migração 
de carga dos arredores: 
a) Dentro da cesta, esfregar rapidamente dois produtores de carga em conjunto e 
observar a agulha no monitor. Anote a leitura na linha dois "friccionando" da tabela de tensão. 
b) Pare a fricção. Ainda dentro da cesta, separar as varinhas e observar a agulha no 
monitor. Registre a leitura "após a separação" na linha 3 da tabela de tensão. 
c) Coloque a varinha escura para fora do cesto. Registre a leitura "dark out" na linha 4 
da tabela de tensão. 
d) Coloque a varinha escura na cesta com a varinha branca (não tocar). Registre a 
leitura na linha 5 "ambos dentro" da tabela de tensão. 
e) Retire a varinha branca. Grave a leitura na linha 6 "white out" da tabela de tensão. 
f) Coloque a varinha branca na cesta com a varinha escura. Registre a leitura na linha 
7 "final" da tabela de tensão. 
g) Remova as duas varinhas. Grave a leitura na linha 8 "ambos fora" da tabela de 
tensão. 
 
Tabela 1 – Tabela de Tensão 
 Leitura Medida 1 (V) Medida 2 (V) Medida 3 (V) 
1 Inicial 
2 Friccionando 
3 Após a separação 
4 “Dark out” 
5 Ambos dentro 
6 “White out ” 
7 Final 
8 Ambos fora 
 
Análise A: 
1. O que você pode concluir imediatamente sobre os encargos sobre a varinha branca 
e a varinha escura com base nos sinais das tensões em Run 1? 
2. Note-se que as linhas 3, 5 e 7 são exatamente o mesmo sistema de modo que 
deveriam ter a mesma tensão. Qualquer diferença implica que tenha havido alguma perda ou 
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ganho de carga. Além disso, a linha 8 deve ser zero, a menos que alguma carga tenha 
transferido. Olhando para estes valores reais estime as incertezas no experimento. 
3. Lembre-se de que a tensão é diretamente proporcional à carga. Assim, se uma 
tensão ou 8 V implica em 8 unidades de carga, uma tensão de 12 V implica em 12 unidades de 
carga. O que significam os resultados das linhas 1, 2 e 3? 
 
Parte B: Medindo a carga em locais diferentes na superfície externa de um condutor 
esférico 
 
1. Conecte a fonte de tensão eletrostática e ligue ela. Ligar o fio preto na saída comum 
(COM) até o Eletrômetro. Fixe o fio vermelho ao terminal +3000 V e deixar o conector 
de pá de chumbo vermelha, em uma extremidade, solto. P. S. você não pode ficar 
chocado com esta fonte de alimentação, uma vez que só pode produzir uma pequena 
corrente. 
2. Aterrar a Gaiola de Faraday (no interior de malha de arame cilíndrico) com o dedo, 
como antes. Ligue o Eletrômetro, configurá-lo para a faixa de 30V, e zere o eletrômetro. 
3. O "plano de prova" é o disco de metal em uma das varinhas geradoras de carga. É 
usado para a amostragem de carga do condutor através do contato em sua superfície. 
A quantidade de carga que transfere para o plano de prova é proporcional à densidade 
de carga superficial, no ponto de contato. Certifique-se de que não há carga no plano a 
prova, inserindo-o dentro do cilindro de malha interna da Gaiola de Faraday. O 
electrómetro deve indicar zero. 
4. Coloque o condutor esférico longe de outros objetos (incluindo as pessoas) para 
evitar efeitos de polarização. As etapas seguintes devem ser executadas o mais 
rapidamente possível para evitar descarga significativa da esfera. 
a. Rapidamente encostar a extremidade livre do fio vermelho (o terminal de pá) 
no condutor esférico. Isso irá carregar o condutor com um potencial elétrico de 3000 V. 
b. Toque na esfera no ponto A (ver Figura 4) com o plano de prova, manter 
suas mãos o mais longe possível. 
c. Coloque o plano de prova no cilindro interno Gaiola de Faraday e anotar a 
tensão do eletrômetro no ponto A da Figura 4. Não aterrar o plano de prova, para a 
carga total sobre a esfera e o plano de prova permanecer constante. 
d. Repita para os pontos B e C. 
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Figura 4 – Pontos para serem carregados na esfera condutora. 
 
Análise B: 
Lembre-se que as tensões registadas na Figura 3 não são as tensões sobre a esfera (a 
esfera está uniforme carregada com 3000 V). Eles são as tensões entre os cilindros de 
malha interior e exterior com o plano de prova dentro do cilindro interior, que é 
diretamente proporcional à carga no plano prova. O que você pode concluir sobre a 
distribuição de carga sobre a esfera? 
 
Parte C: Carregando a esfera condutora com diferentes potenciais. 
1. Use a mesma configuração como no Procedimento B. 
2. Aterre a Gaiola de Faraday.Defina a faixa de 10 V no eletrômetro e zere o 
eletrômetro. Certifique-se de que não há carga no plano de prova. 
3. Com uma extremidade do fio vermelho no terminal 1000 V da fonte de tensão 
Eletrostática, toque na outra extremidade rapidamente na superfície da esfera 
condutora. 
4. Toque no topo da esfera com o plano de prova. 
5. Sem deixar que ele toque na cesta, inserir o plano de prova na metade inferior do 
cesto interno da Gaiola de Faraday. Registre a tensão do eletrômetro na segunda 
coluna da tabela. 
6. Aterre o plano de prova. Certifique-se de que não há carga residual no plano a prova 
antes de continuar. 
7. Repita a medição para as saídas 2000 V e 3000 V (ainda na faixa de 10 V). Se a 
leitura é de 9,9 V, você excedeu o intervalo. Nesse caso, altere o eletrômetro para a 
faixa de 30 V, aterre a Gaiola de Faraday, zere o eletrômetro e prossiga. 
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Tabela 2 – Tensão vs Carga na Esfera 
Potencial na Esfera (V) Medida no Eletrômetro (V) 
1000 
2000 
3000 
 
Análise C: 
Lembre-se que as tensões no eletrômetro são as tensões entre os cilindros de malha 
interior e exterior com o plano de prova, que é diretamente proporcional à carga no 
plano prova. O que você pode concluir sobre a carga sobre a esfera vs o potencial 
elétrico (tensão) da esfera?