campo elétrico

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
Campo elétrico
Engenharia Química – Física Experimental III 
Maringá, PR
26/03/2014
INTRODUÇÃO
	Um meio de explicar a força eletrolítica entre cargas é supor que cada carga cria um campo elétrico no espaço ao seu redor. A força eletrostática exercida sobre qualquer uma das cargas deve-se, portanto, ao campo elétrico criado no local da carga considerada por todas as outras cargas. Entre as muitas consequências práticas do conceito de campo eletromagnético, pode-se citar a invenção do rádio, o desenvolvimento do radar, da televisão e do forno micro-ondas, e um conhecimento amplo de um grande número de dispositivos eletromagnéticos, tais como, motores, geradores e transformadores. O objetivo deste experimento foi traçar as equipotenciais de um campo elétrico, em uma cuba eletrolítica e determinar o campo elétrico, em módulo, direção e sentido, devido a algumas distribuições de cargas elétricas, em seguida analisou-se o potencial e o campo no interior de um anel metálico isolado.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
	
	Suponha que se fixe num determinado ponto, uma partícula com carga positiva e, a seguir, coloque em suas proximidades uma segunda partícula também positivamente carregada, . De acordo com a lei de Coulomb, sabemos que exerce uma força eletrostática repulsiva sobre , e, com dados suficientes poderia ser determinado o módulo, a direção e o sentido dessa força. O campo elétrico é a forma de que a partícula sente a presença de .
	Em qualquer ponto P desse espaço, o campo tem módulo, direção e sentido. O módulo depende do módulo de q1 e da distancia entre P e q1. A direção e o sentido dependem da direção da reta que passa por e P e do sinal elétrico de . Assim, quando colocarmos no ponto P, interage com através do campo elétrico existente em P.
	O campo elétrico é definido, em qualquer ponto, em termos da força eletrostática que seria exercida sobre uma carga de teste positiva colocada naquele ponto:
 	(2.1)
	O campo elétrico é um campo vetorial: ele consiste em uma distribuição de vetores, um para cada ponto na região ao redor de um objeto carregado, ou seja, para definir o campo elétrico em alguma região, devemos medi-lo em todos os pontos da região.
LINHAS DO CAMPO ELÉTRICO
	A relação entre as linhas do campo e os vetores do campo elétrico é a seguinte:
	Em qualquer ponto, a direção de uma linha retilínea do campo ou da direção da tangente a uma linha curva do campo dá a direção de naquele ponto.
	As linhas do campo são desenhadas de modo que o número de linhas por unidade de área de um plano perpendicular às linhas seja proporcional ao módulo de .
	Assim sendo, nas regiões em que as linhas são próximas, é grande, e nas regiões em que elas estão afastadas, é pequeno.
	As linhas do campo elétrico se entendem apontando para fora de uma carga positiva e para dentro de uma carga negativa.
CAMPO CRIADO POR UMA CARGA PUNTIFORME
	O módulo do campo elétrico criado por uma carga puntiforme q0 a uma distancia r da carga vale:
	(2.2)
 
	O campo elétrico aponta radialmente para fora da carga puntiforme se ela for positiva e radialmente para dentro se ela for negativa.
CAMPO CRIADO POR UMA CHAPA INFINITA CONDUTORA
	O módulo do campo elétrico criado por uma chapa condutora com uma densidade de carga constante vale:
	(2.3)
	O campo elétrico é perpendicular ao plano da chapa e aponta para fora da chapa se ela for positiva e para dentro se ela for negativa.
CAMPO DENTRO DE UM CONDUTOR ISOLADO
	Qualquer carga colocada em um condutor isolado se moverá inteiramente para a superfície do mesmo. Nenhum excesso de carga será encontrado dentro do condutor ou sobre uma cavidade interna. Portanto, o módulo do campo elétrico dentro desse condutor é , e o campo resultante na superfície do condutor é perpendicular a ele.
MÉTODO DE INVESTIGAÇÃO
Materiais Utilizados
	Placas metálicas, um anel metálico, uma cuba de vidro, papel milimetrado, 500 ml de água, cabos de ligação, uma fonte de alimentação DC e um multímetro digital.
Procedimentos
	Foram montadas três configurações diferentes para a cuba eletrolítica, conforme a Figura 3.1, e com a fonte foram polarizados os eletrodos e as placas metálicas.
Figura 3.1 – Configurações da Cuba Eletrolítica
	Na primeira parte colocou-se água na cuba de vidro, duas placas metálicas foram suspensas pela borda da cuba e dois eletrodos foram colocados em contado com a água. A fonte foi ligada e ajustada para uma tensão de 6 V entre as placas. Ligou-se o cabo comum do multímetro ao polarizador negativo, e com a ponta positiva mediu-se o potencial nos diversos pontos do papel milimetrado colocado abaixo da cuba.
	Na segunda parte retiraram-se as duas placas metálicas, e mergulharam-se outros suportes metálicos diretamente na água. A fonte foi ligada e ajustada para 6 V entre as placas. Ligou-se o cabo comum do multímetro à placa polarizada negativa, e com a ponta positiva mediu-se o potencial nos diversos pontos do papel milimetrado colocado abaixo da cuba.
	Na terceira parte acrescentou-se um anel metálico no centro da cuba e com o multímetro mediu-se o potencial nos diversos pontos do papel milimetrado colocado abaixo da cuba.
RESULTADOS
	As Figuras 4.1, 4.2 e 4.3 a seguir, contêm todos os dados coletados no experimento, a tensão utilizada em todas as etapas foi de 6V em corrente alternada. Na Figura 4.1 estão os dados da placa metálica com os eletrodos, na Figura 4.2 estão os dados da parte em que as placas metálicas foram colocadas diretamente em contato com a água e a Figura 4.3 ilustra o que aconteceu quando se inseriu um anel metálico entre as placas da Figura 4.2. 
	Com as medidas dos potenciais, foi possível determinar as superfícies equipotenciais e, com isso, determinar o campo elétrico formado pelas cargas.
	Nas figuras também estão traçadas as superfícies eqüipotenciais de acordo com os dados colhidos no experimento. Como as linhas do campo elétrico são perpendiculares às linhas eqüipotenciais, pode-se ter uma idéia de como são as linhas de campo no experimento.
ANÁLISE DOS RESULTADOS
	Durante a experiência conseguiu-se demonstrar o campo elétrico com sucesso, conforme previa a teoria exposta para cargas puntiformes e chapas condutoras. Observando-se que as linhas de forças são perpendiculares às superfícies equipotenciais.
	Na primeira parte, no caso das pontas metálicas que estavam parcialmente imersas, as superfícies equipotenciais se mostraram como semicírculos.
	Na segunda parte, no caso das placas paralelas, as superfícies equipotenciais são linhas retas paralelas às placas. 
	Quando introduzido um anel condutor em um campo elétrico uniforme produzido por placas paralelas, verificou-se que há uma indução de cargas na superfície deste anel, e que no seu interior surgirá um campo de módulo igual e sentido oposto ao campo produzido pelas placas, portanto igual à zero. Por isso observou-se que o potencial no interior do anel deve ser constante. 	
	Observou-se também, que as superfícies equipotenciais após a introdução do anel passaram de linhas retas para curvas, isto também foi previsto, já que o campo deve ficar perpendicular à superfície condutora. Ou seja, as superfícies equipotenciais devem ser paralelas ao anel condutor. 
RESPOSTAS ÀS PERGUNTAS FEITAS
As linhas equipotenciais obtidas possuem a configuração esperada em cada caso? Trace também algumas linhas de força para cada configuração de campo.
Sim. As linhas foram traçadas nas figuras.
Trace o vetor campo elétrico ( em cada ponto considerado (C, D e E), na configuração inicial.
Na Figura 4.1.
Determine também o módulo do campo elétrico em torno destes pontos.
Qual o módulo direção e sentido do campo elétrico entre as placas paralelas da segunda parte do experimento?
O que vocêverificou sobre o potencial, no interior do anel? O que você conclui sobre o campo? Justifique.
Explique o que acontece na superfície do anel, quando este é introduzido entre as placas.
BIBLIOGRAFIA
[1] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; KRANE, K. S. Física 3. 5ª Ed. Rio de Janeiro, Editora LTC, 2011.
[2] CAVALCANTI, P. J. M. Fundamentos de eletrotécnica. 17ª Ed. Rio de Janeiro, Livraria Freitas Bastos S.A.