Experimento V Cuba eletrostática e Potênciais Elétricos (4)

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Nome do Experimento: Cubas eletrostática e Potenciais Elétricos 
 
1. Objetivos: Trabalhar com os conceitos de campo e potencial elétrico 
Reconhecer o conceito de superfícies equipotenciais 
 
2. Introdução: 
 
2.1. Superfícies Equipotenciais: 
O Campo Elétrico surge quando uma carga elétrica está localizada em qualquer lugar no do espaço. Em 
relação ao local onde esta carga está localizada, algumas propriedades dos pontos deste espaço serão 
modificados ao seu redor, gerando, o que poderá ser definido, com Campo Elétrico. 
Em relação as Superfícies equipotenciais, trata-se, justamente, das superfícies de um campo elétrico 
qualquer, onde suas linhas de força são sempre perpendiculares a sua superfície e os pontos localizados 
nesta exibem mesmo potencial elétrico, assim, uma superfície equipotencial poderá apresentar uma gama 
de formas geométricas. 
Todavia, quando uma carga elétrica puntiforme está disposta de forma isolada em um ponto qualquer do 
espaço, possibilita-se o cálculo do potencial elétrico localizando um ponto próximo a esta carga, seguindo 
a relação proposta na fórmula: 
 
V = k.Q 
d 
Onde: 
k = Constante eletrostática; 
Q = Valor da carga puntiforme; 
d = Distância que separa as cargas. 
 
Mediante a apresentação da equação acima, ratifica-se que todos os pontos próximos da carga elétrica 
geradora apresentam o mesmo potencial elétrico, ou seja, as superfícies possuem formas de esferas para 
cargas puntiformes isoladas do restante das cargas do universo. 
Neste ínterim, quando um vetor elétrico encontra-se equilibrado na sua superfície, esta superfície é 
equipotencial, entretanto sua representação matemática se baseia na equação do trabalho apresentada 
pela relação matemática descrita abaixo: 
 
τ = q (Vb – Va) 
Onde: 
τ = trabalho da força elétrica 
q = carga elétrica 
 
 
Universidade Estácio de Sá – Campus Macaé 
Curso: 
 Engenharias 
Disciplina: 
Física Teórica e Experimental III 
Código: 
 
 
Professor(a): Thiago de Freitas Almeida Data de Realização: 
 
 
(Vb – Va) = diferença de potencial elétrico 
 
2.1. Propriedades das Superfícies Equipotenciais: 
No subitem anterior foram apresentados os conceitos de superfície equipotencial, a geometria dos 
potenciais elétricos que possuem o mesmo potencial elétrico. Contudo, torna-se importante ressaltar as 
duas propriedades importantes destas superfícies: 
 
1ª Propriedade: Indica-se que o trabalho que a força elétrica realiza durante o deslocamento de uma 
carga elétrica puntiforme sobre uma superfície equipotencial é nula, ou seja, ao deslocar uma carga 
puntiforme q em um determinado circuito qualquer AB, localizado numa superfície equipotencial, Se Va = 
Vb, por estarem na mesma superfície equipotencial, apresentando um potencial elétrico nulo, assim esta 
carga puntiforme criará um campo elétrico e as superfícies equipotenciais neste campo serão esféricas 
com sua carga disposta no centro dela. 
 
2ª Propriedade: Demonstra que as superfícies equipotenciais são ortogonais às linhas de força ou linhas 
de campo elétrico e, consequentemente, ortogonais ao vetor campo elétrico . 
Isto pode ser explicitado empregando a ideia que se não for perpendicular à superfície equipotencial, 
este vetor poderá assumir uma componente tangencial à superfície. Por tanto, no deslocamento de uma 
carga puntiforme num circuito aleatório sobre a superfície equipotencial, poderá ser obtido um trabalho 
elétrico realizado válido e divergente de nulo, contrariando, assim, a propriedade exposta anteriormente. 
3. Materiais Utilizados: 
a) Uma fonte de tensão; 
b) Conectores jacaré; 
c) Multímetro; 
d) Cuba de vidro transparente; 
e) Eletrodos Retilíneos; 
f) Água não-destilada; 
g) Sal; 
h) Papel milimetrado; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. Desenvolvimento: 
4.1. Realização do Experimento e Levantamento de Dados: 
4.1.1. Os eletrodos retilíneos, foram conectados, em paralelo na cuba, afastados; 
4.1.2. Foram desenhadas a lápis 5 linhas paralelas e 4 linhas perpendiculares aos eletrodos retilíneos com 
distâncias variadas, em cada linha totalizando 20 pontos, no papel milimetrado, conforme desenho em 
anexo; 
4.1.3. O papel milimetrado fora posicionado abaixo da cuba, tal que os eletrodos estejam posicionados nas 
extremidades do papel; 
4.1.4. Fora conectado os terminais dos eletrodos aos terminais da fonte de tensão; 
4.1.5. Após, o conteúdo composto por água não destilada e sal diluído, de aproximadamente 250ml, foi 
despejado na cuba até fechar contato entre os eletrodos; 
4.1.7. Posteriormente, a ponta de prova do multímetro indicada por “COM” em contato com o eletrodo 
que estiver ligado ao negativo da fonte foi conectada; 
4.1.8. Neste instante, a fonte de tensão na escala de 3 V foi ligada; 
4.1.9. Depois, ligou-se o multímetro e mediu-se a ddp entre os terminais, anotando-se o valor, conforme 
descrito no próximo tópico. 
 
5. Discussão 
5.1. Memória dos Cálculos Realizados 
Ponto A: 1,486 C 
Ponto B: 1,453 C 
Ponto C: 1,433 C 
Ponto D: 1,471 C 
 
Ponto E: 1,232 C 
Ponto F: 1,260 C 
Ponto G: 1,247 C 
Ponto H: 1,262 C 
 
Ponto I: 1,000 C 
Ponto J: 0,959 C 
Ponto K: 0,952 C 
Ponto L: 0,942 C 
 
Ponto M: 0,671 C 
Ponto N: 0,712 C 
Ponto O: 0,687 C 
Ponto P: 0,657 C 
 
Ponto Q: 0,392 C 
Ponto R: 0,393 C 
Ponto S: 0,396 C 
Ponto T: 0,377 C 
 
5.2. Tratamento dos Dados: 
5.2.1. Média de cada superfície analisada: 
1ª Linha Paralela: M1: (1,486 + 1,453 + 1,433 + 1,471) / 4 = 1,461 C 
2ª Linha Paralela: M2: (1,232 + 1,260 + 1,247 + 1,262) / 4 = 1,250 C 
3ª Linha Paralela: M3: (1,000 + 0,959 + 0,952 + 0,942) / 4 = 0,965 C 
4ª Linha Paralela: M4: (0,671 + 0,712 + 0,687 + 0,657) / 4 = 0,682 C 
5ª Linha Paralela: M5: (0,392 + 0,393 + 0,396 + 0,377) / 4 = 0,389 C 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.2.2. Cálculo do valor do Campo Elétrico em cada superfície analisada através da relação V = E.x, 
utilizando as médias encontradas: 
Fórmula: V = E.x, para calcular o E, isola-se a incógnita requerida. Portanto: E = V/x , onde E = Campo 
Elétrico, V = Potencial Elétrico e x = distância 
Valores para E1: V = 1,461 C e x = 160 mm 
E1: 1,461/0,16 = 9,131 N/C 
 
Valores para E2: V = 1,250 C e x = 130 mm 
E2: 1,250/0,13 = 9,615 N/C 
 
Valores para E3: V = 0,965 C e x = 100 mm 
E3: 0,965/0,10 = 9,650 N/C 
 
Valores para E4: V = 0,682 C e x = 70 mm 
E4: 0,682/0,70 = 9,743 N/C 
0 
0,2 
0,4 
0,6 
0,8 
1 
1,2 
1,4 
1,6 
1ª Linha 
Paralela: M1: 
2ª Linha 
Paralela: M2: 
3ª Linha 
Paralela: M3: 
4ª Linha 
Paralela: M4: 
5ª Linha 
Paralela: M5: 
Média de cada superfície analisada 
 
Valores para E5: V = 0,389 C e x = 40 mm 
E5: 0,389/0,40 = 9,725 N/C 
 
5.2.3. Cálculo do valor da carga que gera esse Campo Elétrico para cada superfície equipotencial, através 
da relação V=K.Q/x, utilizando as médias encontradas: 
Fórmula: V = K.Q/x, para calcular o Q, isola-se a incógnita requerida. Portanto: Q = V.x/K, onde K = 
Constante (9,109), Q = Carga Elétrica, V = Potencial Elétrico e x = distância 
Valores para Q1: K = 9,10
9, V = 1,461 C e x = 160 mm 
Q1: 1,461.0,16/9,10
9 = 2,597. 10-11 C 
 
Valores para Q2: K = 9,10
9, V = 1,250 C e x = 130 mm 
Q2: 1,250.0,13/9,10
9 = 1,805 10-11 C 
 
Valores para Q3: K = 9,10
9, V = 0,965 C e x = 100 mm 
Q3: 1,250.0,10/9,10
9 = 1,072. 10-11 C 
Valores para Q4: K = 9,10
9, V = 0,682 C e x = 70 mm 
Q4: 0,682.0,07/9,10
9 = 5,304. 10-11 C 
 
Valores para Q5: K = 9,10
9, V = 0,389 C e x = 40 mm 
Q5: 0,389.0,04/9,10
9 = 17,288. 10-11 C 
5.2.3. Respostasdas Questões: 
5.2.3.1. Sim. 1ª Linha Paralela: 1,461 C, 2ª Linha Paralela: 1,250 C, 3ª Linha Paralela: 0,965 C, 4ª Linha 
Paralela: 0,682 C e 5ª Linha Paralela: 0,389 C 
5.2.3.2. Para entender o ocorrido se faz necessário considerar a distância entre os eletrodos retilíneos que 
encontram-se em paralelos na cuba, e principalmente a distância da ponta de prova preta do multímetro, 
em relação a cada valor encontrado nos vinte pontos dispostos no papel milimetrado. Portanto, torna-se 
difícil encontrar valores iguais para cada ponto demarcado no papel pois, conforme exposto a carga do 
potencial elétrico encontrado na ponta de prova vermelha do multímetro está intimamente ligado à 
distância que este encontra-se em relação a ponta de prova preta do multímetro. Esta grandeza também 
chamada de Voltagem ou Tensão, que é uma das áreas importantes da eletricidade. É utilizada para 
explicar o movimento das cargas elétricas. 
5.2.3.3. Os maiores valores encontrados estão localizados nas linhas paralelas mais afastadas do cabo 
preto do multímetro. Leva-se em consideração que distância e a potencial elétrico são proporcionais, 
desta forma, quanto maior a distância, maior será o valor do potencial elétrico. Então a DDP sempre 
acompanha a intensidade, e se uma abaixa a outra também terá que abaixar pra manter a resistência 
constante. 
5.2.3.4. Assim como no potencial elétrico, os valores encontrado para Campo Elétrico seguem a mesma 
definição. 
5.2.3.5. Os valores encontrados na aula experimental encontram-se em consonância com a teoria 
aprendida em sala de aula, partindo da premissa que Potencial elétrico é a capacidade que um corpo 
energizado tem de realizar trabalho atraindo ou repelindo outras cargas elétricas e um Campo Elétrico é o 
campo de força que as cargas elétricas provocam (elétrons, prótons ou íons), considerando sempre que as 
cargas elétricas dispostas num campo elétrico estarão sempre sujeitas à ação de forças elétricas de 
atração e repulsão. 
5.2.3.6. Ao mover uma carga elétrica de prova em um campo elétrico, ela ficará sujeita a diferentes 
intensidades de força elétrica. Em cada ponto do campo elétrico definimos um vetor campo elétrico ( ). A 
intensidade desse campo elétrico é dada pela seguinte expressão: 
 
Na expressão acima, é o vetor campo elétrico e é o vetor força elétrica sobre a carga de prova (q), no 
ponto considerado. No Sistema Internacional de Unidades, a unidade para o campo elétrico é newton por 
coulomb (N/C). A partir da definição anterior, podemos escrever: 
=q. 
Os vetores e têm as seguintes características: 
-em módulo: F=|q|.E 
- mesma direção 
- se a carga elétrica é positiva (q > 0), e têm o mesmo sentido 
- se a carga elétrica é negativa (q < 0), e têm sentidos opostos 
Neste experimento os vetores e tem mesma direção e mesmo sentido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Anexos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7.Conclusão: 
Através dos estudos e dos experimentos realizados, pôde-se compreender que a partir do multímetro é 
possível obter valores equipotenciais uma configuração eletrostática. Os pontos valorados estavam 
dispostos em linhas paralelas e perpendiculares formando vinte valores. Os pontos localizados nas 
mesmas linhas verticais possuíam, praticamente, os mesmos valores, e desta forma é possível afirmar que 
pertencem a mesma linha de equipotencial faziam parte da mesma família. Ou seja, entende-se que se 
dois ou mais pontos possuem o mesmo potencial e, conclui-se que estes pertencem à mesma linha 
equipotencial. 
No experimento, observa-se uma geometria das linhas equipotenciais. Tal fato é devido pelos motivos já 
explicados anteriormente: horizontalidade da cuba e a homogeneidade da solução eletrolítica. 
 
8. Referências bibliográfica: 
HALLIDAY, David, RESNICK, Robert. Fundamentos de Física, 3ed., Rio de Janeiro: Livros Técnicos e 
Científicos, Editora S.A, 1993. V.03. 
 
Roteiro da prática: Experimento 04: Linhas equipotenciais. Departamento de Física do Estado Sólido – 
Instituto de Física, Universidade Federal da Bahia, 2008. 
 
https://def.fe.up.pt/eletricidade/potencial.html Acesso em 06/09/2018 
https://www.infoescola.com/eletricidade/diferenca-de-potencial/ Acesso em 06/09/2018 
https://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/potencial2.php Acesso em 
06/09/2018 
https://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/campo.php Acesso em 
06/09/2018