Relatorio VIII Linhas de campo elétrico 90

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
RELATÓRIO VIII – LINHAS DE CAMPO ELÉTRICO
Camila Fredo
Eduardo Ricken Mattiello
Mauricio Tombini Munaro
Pâmella Renata Sackser
TOLEDO - PR
Setembro/2014
Camila Fredo
Eduardo Ricken Mattiello
Mauricio Tombini Munaro
Pâmella Renata Sackser
RELATÓRIO VIII – LINHAS DE CAMPO ELÉTRICO
Relatório apresentado à disciplina de Física Geral e Experimental II. Universidade Estadual do Oeste do Paraná - Campus de Toledo.
Professor: Dr. Fernando Rodolfo Espinoza-Quiñones
TOLEDO – PARANÁ
2014
ÍNDICE
INTRODUÇÃO...........................................................................................pág. 5
PARTE EXPERIMENTAL..........................................................................pág. 7
RESULTADOS E DISCUSSÃO...............................................................pág. 10
CONCLUSÃO..........................................................................................pág. 16
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................pág. 17
RESUMO 
Eduardo e Maurício 
Palavras chave:
INTRODUCAO
	O campo elétrico é um campo vetorial que consiste em uma distribuição de vetores, um para cada ponto na região ao redor de um objeto carregado. Teoricamente, define-se o campo elétrico a partir de uma carga de teste positiva posicionada em algum ponto próximo de um objeto carregado. Em seguida, mede-se a força eletrostática que atua sobre a carga de teste e o campo elétrico no ponto devido ao objeto carregado é definido pela normalização da força elétrica pela carga (HALLIDAY, D.; 1996). 
	Sabe-se que existe um campo elétrico numa região do espaço quando uma carga de prova colocada nesse ponto detecta a existência de uma força. No entanto, para visualizar a configuração dos campos elétricos, utilizam-se as denominadas linhas de campo que são linhas de forças, sem sentido físico real, que representam a direção do campo elétrico em cada ponto da região que cerca (NUSSENZVEIG, 2001; HALLIDAY, D.; 1992).
	Assim, por exemplo, para uma carga puntiforme, o campo elétrico tem a direção radial, apontando para fora se a carga é positiva e para dentro se é negativa. O aspecto das linhas de força correspondentes está indicado na Figura 1 (a). Na vizinhança imediata de cada uma das cargas, o campo deve ser dominado por essa carga e as linhas de força devem assemelhar-se as da Figura 1(b), de modo qualitativo.
 (b)
Figura 1 – Linhas de força para uma carga puntiforme positiva e negativa (a) e linhas de força para um par de cargas puntiformes iguais e opostas. (Fonte: http://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/4445.htm) 
	Desta forma, o objetivo deste trabalho é verificar o campo elétrico dentro e fora de um condutor, entendendo a blindagem elétrica e como as cargas se distribuem num condutor, sendo possível também fazer o mapeamento das linhas de campo entre eletrodos de diversas formas. 
PARTE EXPERIMENTAL 
Na realização dos experimentos foram necessários um gerador de Van der Graaf, duas conexões de fios com pino banana, dois conjuntos de fixadores para eletrodos, eletrodos (ferradura, anel, sem haste, reto, pontual, em “V”, pontiagudo), uma cuba acrílica cilíndrica, óleo de rícino, farinha de milho e um retroprojetor.
Colocou-se uma fina camada de óleo na cuba, de modo a cobrir o fundo definindo claramente os contornos dos eletrodos. Os eletrodos foram fixados na cuba cilíndrica, diametralmente opostos, do formato escolhido e parcialmente submersos no óleo. Espalhou-se a farinha sobre o óleo e conectou os dois eletrodos ás saídas da espera e de terra do gerador, identificando a polaridade cada eletrodo. Ligou-se o gerador. Após o alinhamento das partículas de farinha com as linhas de força, desenhou-se o aspecto das linhas observadas.
O procedimento foi realizado no retroprojetor de modo a facilitar a visualização das linhas de campo, e todos os experimentos foram realizados do mesmo modo.
RESULTADOS E DISCUSSOES
– Análise quantitativa
	De acordo com as diversas configurações de condutores, pode-se verificar a disposição e comportamento das linhas do campo elétrico no meio utilizado. A seguir, apresentam-se as diversas configurações e análises de comportamento obtidas. 
Duas hastes paralelas 
	A Figura 2 apresenta um esboço do comportamento observado das linhas de campo elétrico entre dois condutores paralelos e de cargas opostas de acordo com as partículas de farinha. 
Figura 2 - Comportamento das linhas de campo elétrico de acordo com duas placas carregadas. 
	
	Observa-se que as linhas do campo elétrico gerado pelos condutores são paralelas na parte central e, devido ao poder das pontas, tais linhas são distorcidas nos extremos dos condutores. Além disso, observa-se que as linhas de campo não são todas paralelas devido a tais distorções dos extremos. 
	O fato de que as partículas de farinha foram usadas no experimento e o comportamento destas sob ação do campo elétrico podem ser descritos da seguinte maneira: como as partículas de farinha são dielétricas (não condutores), a condução de cargas livres não é possível, mas o deslocamento relativo das cargas presentes é possível, o que dá origem às cargas polarizadas. Quando sob ação de um campo elétrico, as cargas se deslocam buscando um alinhamento de acordo com as linhas de força do campo em uma formação, ficando alinhadas. Outro fenômeno observado foi a repulsão das partículas de farinha quando encostadas com os eletrodos. Tal fato pode ser relacionado com a repulsão das cargas presentes nas partículas de farinha e a carga dos condutores metálicos, uma vez que, em um isolante não há transferência de cargas, as cargas de mesmo sinal presentes no dielétrico e nos condutores tenderam a se repelir.
Dois eletrodos pontuais
	A Figura 3 apresenta um esboço da disposição das linhas do campo elétrico resultantes da ação de dois eletrodos pontuais.
Figura 3 – Disposição das linhas do campo elétrico com dois eletrodos pontuais.
	Verifica-se, de acordo com o esboço, que o comportamento das linhas segue àquele de um dipolo elétrico. Observa-se que as linhas são radiais aos condutores. As linhas entre os condutores pontuais são quase paralelas e as demais são distorcidas devido ao campo elétrico resultante de cada carga. 
Uma haste e um eletrodo pontual
	A Figura 4 apresenta uma ilustração das linhas de campo observadas com um eletrodo pontual e uma haste carregada.
Figura 4 – Disposição das linhas de campo elétrico com um eletrodo pontual e uma placa paralela.
	
	De modo análogo aos casos anteriores, observa-se que as linhas de campo no condutor pontual são radiais a este e as linhas da placa paralela são perpendiculares. Além disso, observou-se que, devido ao efeito do poder das pontas, tais linhas ficaram distorcidas nos extremos da placa paralela, se comportando como cargas pontuais.
Duas hastes paralelas e um anel central
	A Figura 5 apresenta a disposição simplificada das linhas de campo elétrico observadas de acordo com a configuração de duas hastes paralelas e um anel central.
Figura 5 – Disposição das linhas de campo elétrico com duas hastes paralelas carregadas e um anel central.
	
	Observa-se que, devido ao fenômeno de indução causado pelas hastes sobre o anel, as linhas se campo se comportaram como se o anel fosse uma carga pontual, como no caso anterior. As linhas observadas eram radiais ao anel que ficou induzido e perpendiculares às hastes. Além do mais, não se verificaram linhas de campo no interior do anel devido ao campo elétrico resultante ser nulo nessa região. 
Um eletrodo em “V” e uma haste 
	A Figura 6 apresenta o comportamento das linhas de campo elétrico devido à ação de um eletrodo em “V” e uma haste carregada. 
Figura 6 – Linhas de campodevido à ação de um condutor em “V” e uma haste.
	Observa-se que as linhas do campo se dispuseram de maneira paralela na parte central entre os condutores e ficaram um pouco distorcidas nos extremos devido ao efeito das pontas. O eletrodo em ‘’V’’ se comporta como vértices condutores carregados positivamente e negativamente. 
Um anel e um eletrodo pontual
	A Figura 7 apresenta o comportamento das linhas de campo elétrico devido à ação de um anel e um eletrodo pontual.
Figura 7 – Linhas de campo devido à ação de um anel e um eletrodo pontual.
	Observa-se que as linhas do campo se dispuseram de maneira radial ao centro do anel. O fenômeno obedeceu à Lei de Gauss, uma vez que o campo elétrico resultante dentro do anel é proporcional à carga líquida dentro dele, que é diferente de zero devido ao eletrodo pontual. Fora do anel também observaram-se linhas de campo com direção radial ao anel.
Dois aneis concêntricos
	A Figura 8 apresenta o comportamento das linhas de campo elétrico devido à ação de dois aneis concêntricos.
Figura 8 – Linhas de campo devido à ação de dois aneis concêntricos.
	Observa-se que as linhas do campo se dispuseram de maneira radial ao centro dos aneis. O fenômeno obedeceu à Lei de Gauss, uma vez que o campo elétrico resultante dentro do anel menor é nulo e dentro do anel maior não é nulo. Fora do anel maior também observaram-se linhas de campo com direção radial ao anel.
Dois aneis concêntricos e eletrodo pontual central
	A Figura 9 apresenta o comportamento das linhas de campo elétrico devido à ação de dois aneis concêntricos e eletrodo pontual central.
Figura 9 – Linhas de campo devido à ação de dois aneis concêntricos e eletrodo pontual central.
	Observa-se que as linhas do campo se dispuseram de maneira radial ao centro dos aneis. O fenômeno obedeceu à Lei de Gauss, uma vez que o campo elétrico resultante dentro do anel menor e do anel maior não são nulos devido à presença de carga líquida diferente de zero em seus interiores. Fora do anel maior também observaram-se linhas de campo com direção radial ao anel. Ocorreu o mesmo do exemplo anterior exceto a diferença da presença de linhas de campo no interior do anel menor. Isto ocorreu pois um eletrodo foi posicionado no interior do anel menor, atribuindo carga líquida em seu interior diferente de zero.
Uma ferradura e um anel
	A Figura 10 apresenta o comportamento das linhas de campo elétrico devido à ação de uma ferradura e um anel.
Figura 10 – Linhas de campo devido à ação de uma ferradura e um anel.
	Observa-se que as linhas do campo se dispuseram de maneira radial ao centro do anel com uma distorção nas pontas da ferradura, mostrando o efeito das pontas. O fenômeno obedeceu à Lei de Gauss, uma vez que o campo elétrico resultante dentro do anel é nulo devido à presença de carga líquida igual a zero em seu interior. Fora da ferradura também observaram-se linhas de campo com direção radial, exceto nas pontas onde ocorreu a deformação.
– Questionário 
1 – Uma esfera leve de metal descarregada suspendida por um fio é atraída por uma vara de borracha. Após o toque a esfera é repelida pela vara. Explique. 
Como a esfera está descarregada, a vara atrai a mesma por indução, porém, depois do toque, por contato, adquirem a mesma carga, o que dá o caráter repulsivo do caso. 
2 – Uma esfera metálica grande isolada da terra é carregada com um gerador eletrostático enquanto uma pessoa em pé e isolada segura a esfera. Porque ela está em segurança para fazer isso? Porque isto não seria seguro para uma outra pessoa que tocasse a esfera após a esfera tenha sido carregada?
No primeiro caso, a pessoa está isolada, de modo que o circuito esteja aberto fazendo com que não passe corrente elétrica por ela. No segundo, outra pessoa que não estaria isolada, teria a carga do gerador sendo descarregada passando por ela até chegar na terra pois o circuito seria fechado. 
3 – A vida seria diferente se o elétron fosse de carga positiva e o próton fosse de carga negativa? A eleição do sinal tem alguma relação nas interações físicas e químicas? Explique. 
Positivo e negativo são convenções cientificas que foram estabelecidas de modo arbitrário para facilitar os cálculos. É importante entender que as interações físicas e químicas de um elétron e um próton se comportam de formas opostas, havendo sempre a interação entre as cargas, independente quem seja positiva ou negativa. 
4 – Quando definimos o Campo Elétrico , porque é necessário especificar que o módulo da carga deste teste seja muito pequena? 
Quando q for muito pequena, a redistribuição das cargas sobre o corpo que sofre a ação do campo também será muito pequena. Logo, a definição estará completamente correta tomando o limite da força sobre a carga, quando a carga tende a zero. Essa definição torna o efeito perturbador da carga teste ser desprezível sobre a distribuição.
5 – Duas esferas condutoras carregadas, cada uma de raio R, estão separadas numa distancia r>2R. A força que age sobre cada esfera pode ser dada pela Lei de Coulomb?
Sim, se consideramos as esferas como cargas pontuais, segue a Lei de Coulomb que é uma lei da física que descreve a interação eletrostática entre partículas eletricamente carregadas, na qual estabelece que o módulo da força entre duas cargas elétricas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos módulos das duas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distancia entre elas. O caráter da força vai depender do sinal das cargas, sendo de sinais opostos atrativa e sinais iguais repulsiva.
6 – É possível para o Campo Elétrico existir no espaço vazio? Explique.
Sim, pois o campo elétrico é dado pela carga elétrica, geometria e propriedades do meio. E o vácuo pode ser um meio onde essa carga está inserida. Então, é possível existir no espaço vazio se tivermos carga e geometria. 
7 – Explique porque linhas de Campo Elétrico não formam circuitos fechados.
Porque a direção das linhas de campo dependem do sinal da carga. Se a carga for positiva, há linhas saindo em todas as direções. Se for negativa, as linhas de campo entram em todas as direções. Em nenhum dos casos, a linha volta à partícula inicial, não formando circuitos fechados.
8 – Explique porque linhas de Campo Elétrico nunca se cruzam.
Se as linhas de força pudessem se cruzar, nos pontos de cruzamento teríamos duas tangentes diferentes, uma para cada linhas que se cruza. Em outras palavras, em tal ponto do espaço teríamos dois valores diferentes do campo elétrico, o que seria um absurdo.
9 – Se um objeto metálico recebe uma carga positiva, a massa do objeto aumenta, diminui, ou permanece a mesma? O que acontece a sua massa se ao objeto for dado uma carga negativa? 
CONCLUSAO 
Camila 
	
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS