RELATORIO fisica 3 - Campo eletrico

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ UNIRADIAL DE SÃO PAULO
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
DICIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL III
Antonio Mathias Kisters - R.A.: 201401188907
Eric Patricio Silva – R.A :20403128431
Relatório Sobre Aula de Física Experimental
Campo Elétrico
Trabalho apresentado para avaliação do rendimento escolar na disciplina de Física experimental III do curso de Engenharia Civil da Faculdade Estácio pelo professor Alexander Luz Sperandio.
São Paulo, 09 de Setembro de 2015
Sumário
Introdução..................................................................................................................3
Objetivo ....................................... ....................................... .....................................5
Materiais e Métodos...................... ..................................... ......................................5
Resultados e Discussão...................... ........................ .............................................7
Conclusão................................................................................................................11
Referencias..........-...................................................................................................11
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Introdução
Força elétrica e campo elétrico: Lei de Coulomb
Eletricidade. É difícil imaginar a vida sem ela. Do chuveiro ao computador, é necessário que aqueles invisíveis elétrons estejam correndo pelas fiações para que nossa vida diária possa manter os confortos e praticidades com os quais nos acostumamos.
Essa forma de energia obedece a algumas leis bem simples que lhes permitem aplicações versáteis, as quais vão do girar motores pesados a projetar na tela de seu computador o texto que você está lendo agora.
Antes de falar das leis e suas equações, vamos dar uma olhada em alguns conceitos. Sabemos que os elétrons têm carga negativa e os prótons têm carga positiva. Sabemos também que, quando próximos, corpos carregados com cargas opostas se atraem, enquanto os carregados com cargas iguais se repelem.
Carga elétrica
Tudo bem, mas o que é exatamente carga elétrica? Bem, para falar a verdade, ninguém sabe... Carga elétrica se inclui entre o que chamamos em ciência de conceitos primitivos, entidades que podemos observar e cujas propriedades e comportamento podemos mensurar, mas não temos como defini-las exatamente. Uma das propriedades que podemos observar e mensurar nas cargas elétricas é a formação de campos elétricos.
Campos elétricos
Campos elétricos se comportam de modo análogo aos campos gravitacionais e magnéticos, uma vez que campos elétricos (assim como os outros campos citados) interagem entre si quando colocados próximos uns dos outros, produzindo forças.
Estas forças são as que produzem a atração entre um corpo carregado com carga positiva e outro com carga negativa, da mesma forma que a repulsão, se ambos forem negativos ou positivos.
Uma forma esquemática de compreender os campos elétricos é representá-las através de linhas de força. A figura abaixo mostra as linhas de força que formam os campos elétricos em torno de uma carga positiva e outra negativa:
Linhas de força de cargas positivas e negativas
 Também podemos usar as linhas de força para esquematizar as interações entre dois campos elétricos, conforme a figura que segue:
Interações entre campos elétricos
Um tipo particular de campo elétrico, muito utilizado para simulações, experimentos ou em exercícios de física é o campo elétrico uniforme, esquematizado na figura a seguir:
Representação de um campo elétrico uniforme
Como mostra a figura, o que caracteriza o campo elétrico uniforme são suas linhas de força, que se comportam como paralelas igualmente espaçadas. Isso ocorre quando duas placas paralelas e uniformemente carregadas com cargas de sinais opostos são posicionadas a uma distância próxima uma da outra.
Lei de Coulomb
Esta lei, formulada por Charles Augustin Coulomb, refere-se às forças de interação (atração e repulsão) entre duas cargas elétricas puntiformes, ou seja, com dimensão e massa desprezível.
Lembrando que, pelo princípio de atração e repulsão, cargas com sinais opostos são atraídas e com sinais iguais são repelidas, mas estas forças de interação têm intensidade igual, independente do sentido para onde o vetor que as descreve aponta.
O que a Lei de Coulomb enuncia é que a intensidade da força elétrica de interação entre cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos módulos de cada carga e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. Ou seja:
Onde a equação pode ser expressa por uma igualdade se considerarmos uma constante k, que depende do meio onde as cargas são encontradas. O valor mais usual de k é considerado quando esta interação acontece no vácuo, e seu valor é igual a:
Então podemos escrever a equação da lei de Coulomb como:
Para se determinar se estas forças são de atração ou de repulsão utiliza-se o produto de suas cargas, ou seja:
A próxima figura representa como estas grandezas se relacionam:
Representação das grandezas da Lei de Coulomb
Autor: Carlos Roberto de Lana, Especial para a Página 3 Pedagogia & Comunicação é professor e engenheiro químico.
Assim como a Terra tem um campo gravitacional, uma carga Q também tem um campo que pode influenciar as cargas de prova q nele colocadas. E usando esta analogia, podemos encontrar:
Desta forma, assim como para a intensidade do campo gravitacional, a intensidade do campo elétrico (E) é definido como o quociente entre as forças de interação das cargas geradora do campo (Q) e de prova (q) e a própria carga de prova (q), ou seja:
Chama-se Campo Elétrico o campo estabelecido em todos os pontos do espaço sob a influência de uma carga geradora de intensidade Q, de forma que qualquer carga de prova de intensidade q fica sujeita a uma força de interação (atração ou repulsão) exercida por Q.
Já uma carga de prova, para os fins que nos interessam, é definida como um corpo puntual de carga elétrica conhecida, utilizado para detectar a existência de um campo elétrico, também possibilitando o cálculo de sua intensidade.
 
Vetor Campo Elétrico
Voltando à analogia com o campo gravitacional da Terra, o campo elétrico é definido como um vetor com mesma direção do vetor da força de interação entre a carga geradora Q e a carga de prova q e com mesmo sentido se q>0 e sentido oposto se q<0. Ou seja:
A unidade adotada pelo SI para o campo elétrico é o N/C (Newton por coulomb).
Interpretando esta unidade podemos concluir que o campo elétrico descreve o valor da força elétrica que atua por unidade de carga, para as cargas colocadas no seu espaço de atuação.
Linhas de força
Estas linhas são a representação geométrica convencionada para indicar a presença de campos elétricos, sendo representadas por linhas  que tangenciam os vetores campo elétrico resultante em cada ponto, logo, jamais se cruzam. Por convenção, as linhas de força têm a mesma orientação do vetor campo elétrico, de modo que para campos gerados por cargas positivas as linhas de força são divergentes (sentido de afastamento)  e campos gerados por cargas elétricas negativas são representados por linhas de força convergentes (sentido de aproximação).
Quando se trabalha com cargas geradoras sem dimensões, as linhas de força são representadas radialmente, de modo que:
Objetivo
Verificar através de simulação sobre atração e repulsão de campos elétricos:
Materiais e Métodos
Simulação 1:
Link utilizado - http://phet.colorado.edu/sims/electric-hockey/electric-hockey_pt_BR.jar
Procedimento
- Responder questionário 1 
Simulação 2:
Link utilizado - http://phet.colorado.edu/sims/efield/efield_pt_BR.jnlp
Procedimento
- Responder questionário 2
Resultados e DiscussãoQuestionário 1 
Para responder as questões abaixo, ligue a caixa “campo” e arraste uma carga Positiva e uma carga negativa para o espaço aberto.
Em qual direção e sentido as linhas de campo elétrico apontam, para as cargas positivas?
R. Do centro para Fora
Em qual direção e sentido as linhas de campo elétrico apontam, para as cargas negativas?
R. De fora para dentro
Desenhe as linhas de campo elétrico para as situações abaixo:
Para os próximos itens, posicione as cargas para fazer um gol com o disco de hockey.
O disco sempre se move na mesma direção e sentido do campo por onde ele passa?
R. Não, ele muda a direção e o sentido de acordo com a distancia das cargas.
O que acontece quando você muda a carga do disco de positiva para negativa?
R. O corpo é atraído pelo que antes repeli-o, e pela proximidade, que oscila na carga positiva.
O que acontece quando você aumenta a massa do disco? Justifique.
R. Os Movimentos ficam mais lentos e mais distantes. Isto acontece porque a força e o produto da massa e aceleração ao aumentar a massa a aceleração diminui mantendo a mesma força.
 
Como a distância entre o disco e as partículas afeta o movimento do disco?
R. A distância aumenta ou diminui o campo elétrico incidido no disco, atraindo ou repelindo mudando a sua trajetória.
Mostre a expressão para a forca entre o disco e uma partícula a distância d. Considere o disco com carga +Q e a partícula com carga +q. E qual seria a expressão, se a carga da partícula fosse -q?
R. 
Para a carga (-q) a expressão seria a mesma pois é calculada em modulo.
Há algo faltando no software de simulação? Algo que deveria ter sido representado na tela e não aparece? Você percebeu algo assim?
R. Faltou da distância para anotações e cálculos.
Mude o n´nível de dificuldade para 1, 2 e então 3. Quando você conseguir fazer gol em cada nível, desenhe seu setup nos tópicos abaixo.
Setup do nível 1:
Setup do nível 2:
Setup do nível 3:
Questionário 2
Utilize a simulação do site abaixo:
http://phet.colorado.edu/sims/efield/efield_pt_BR.jnlp
Clique em “Adicionar” para colocar um objeto carregado na tela. Escreva abaixo suas observações. O objeto está em movimento? O que aparece na tela, junto ao objeto?
R.O objeto está parado e junto aparecem vetores indicando sentido e intensidade de atração do campo elétrico.
Baseado na convenção que você leu mais acima, qual a carga do monopólio?
R. Carga negativa isolada
Pressione “Adicionar” uma vez mais, para adicionar um novo objeto. Observe o comportamento inicial.
Uma vez inserido, o segundo objeto permanece em repouso?
R. Não
O que “empurra” o segundo objeto?
R. A carga é igual ao primeiro objeto
A interação entre os dois objetos ´e uma atração ou repulsão?
R. Repulsão
Qual a carga do segundo objeto? Como você sabe?
R. As seta indicam atração demonstrando o campo negativo
Pressione “Reiniciar tudo?” e confirme “Sim” Então, pressione “Adicionar” uma vez, para colocar um objeto na caixa. Note que o estado inicial do objeto é em repouso outra vez.
Puxe o pontinho” Campo Externo” para baixo, de forma que apareça uma seta apontando para baixo. Escreva suas observações:
R. O objeto se move para o sentindo oposto as setas rebatendo no topo constantemente.
Mude a orientação e comprimento do “Campo Externo” e observe o comportamento do objeto.
Baseado em suas observações, qual é a carga que gera o campo elétrico externo? Negativa ou positiva? E qual sua posição em relação ao objeto?
R. Negativa. Posição inversa ao objeto
Encurte a seta do “Campo Externo” e observe a mudança no tamanho e orientação das linhas do campo próximas ao objeto. Você pode obter setas no sentido contrário. Explique.
R. O campo externo, com menor intensidade, atua com menor força no objeto. As setas são atraídas pelo objeto onde passa, por isso mudam a direção
Pressione “Reiniciar tudo?” e confirme “Sim” Então, pressione “Adicionar” uma vez, para colocar um objeto na caixa.
Cliquem em “Propriedades” e altere a carga do objeto para “+1”, então clique em “OK” e adicione um novo objeto na caixa.
Puxe o “Campo Externo” em uma direção e observe o que acontece com as cargas na caixa. Relate o que acontece:
R. O objeto eletronegativo foi atraído pelo polo positivo da caixa e o objeto eletropositivo foi atraído pelo polo negativo da caixa
Puxe o “Campo Externo” em uma direção oposta a anterior e observe o que acontece com as cargas na caixa. Relate o que acontece:
R. Os objetos se movem acompanhado a nova orientação do campo externo
Baseado na relação entre a forca e o campo elétrico, F = qE , explique cientificamente o que foi relatado no item anterior.
R. A força resultante é diretamente alterada na mesma proporção de acordo com a intensidade do campo elétrico incidido n objeto “q’.
Feche a simulação.
Conclusão
Através destas simulações podemos observa o comportamento de um campo elétrico, identificar as cargas, direção e sentido das cargas.
Referências bibliográficas 
Disponível em 
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/campo.php, acessado em 07/09/2015 as 19:35.
 http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/leidecoulomb.php
http://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/forca-eletrica-e-campo-eletrico-lei-de-coulomb.htm