Relatório V - Cuba eletrostática e potenciais elétricos - Fisica 3-converted (2)

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Nome do Experimento: Cuba eletrostática e Potenciais Elétricos 
 
Objetivos: 
• Trabalhar com os conceitos de campo e potencial elétrico; 
• Reconhecer o conceito de superfícies equipotenciais. 
 
Introdução teórica: Sabemos que o campo elétrico surge da simples existência de uma carga elétrica numa região 
qualquer do espaço. Essa carga modifica algumas propriedades dos pontos do espaço ao seu redor, criando aquilo 
que denominamos campo elétrico. 
Chamamos uma superfície de equipotencial quando, numa região de campo elétrico, todos os seus pontos apresentam 
o mesmo potencial. Uma superfície equipotencial pode apresentar diversas formas geométricas. 
Ao colocarmos uma carga elétrica puntiforme em um ponto qualquer do espaço e longe de outras cargas elétricas, 
calculamos o potencial elétrico em um ponto próximo a ela através da seguinte relação: 
 
 
Onde k é a constante eletrostática, Q é o valor da carga puntiforme e d é a distância que separa as cargas. Através 
dessa equação podemos afirmar que todos os pontos próximos da carga elétrica geradora apresentam o mesmo 
potencial elétrico. Dessa maneira, também podemos dizer que as superfícies possuem formas de esferas para cargas 
puntiformes isoladas do restante das cargas do universo. 
 
Uma superfície equipotencial é sempre interceptada perpendicularmente (90°) 
pelas linhas de força de um campo elétrico. Dessa maneira, conhecendo-se as 
linhas de força de um campo elétrico, fica mais fácil representar as superfícies 
equipotenciais. Já numa região onde o campo elétrico é uniforme, para serem 
perpendiculares às linhas de força, as superfícies equipotenciais devem ser 
planas. Veja a figura ao lado: 
De acordo com a figura, podemos verificar que o potencial elétrico decresce com 
o sentido das linhas de força, então VA > VB. 
 
Superfícies equipotenciais são superfícies de um campo elétrico, onde todos os 
pontos apresentam mesmo potencial elétrico, ou seja, suas linhas de força são 
sempre perpendiculares a sua superfície. 
 
Se um condutor elétrico apresenta equilíbrio em sua superfície, esta superfície é equipotencial. Quando uma carga 
puntiforme cria um campo elétrico, as superfícies equipotenciais desse campo são esféricas com centro na carga. Num 
campo elétrico uniforme, as superfícies equipotenciais são paralelas entre si. Isso acontece pelo fato de serem 
perpendiculares. 
 
Estas superfícies têm duas propriedades importantes: 
• A força elétrica durante o deslocamento de uma carga elétrica puntiforme sobre uma superfície equipotencial 
é nula. 
• As superfícies equipotenciais são perpendiculares às linhas de força ou linhas de campo elétrico e, 
consequentemente, perpendiculares ao vetor campo elétrico. 
 
Superfícies equipotenciais e linhas de força de uma carga puntiforme Q: 
 
 
Universidade Estácio de Sá – Campus Macaé 
Curso: 
 Engenharias 
Disciplina: 
Física Teórica e Experimental III 
Código: 
 CCE 0850 
Turma: 
 3066 
Professor (a): Thiago de Freitas Almeida Data de Realização: 15/08/2018 
 
Nome do Aluno (a): Fernanda Terra Almeida 
Nome do Aluno (a): Igor da Silva Ferreira 
Nome do Aluno (a): Milena Tavares Zaror 
Nome do Aluno (a): Pietra Garcia Guimarães 
Nome do Aluno (a): Rafael Matos Nunes 
Nome do Aluno (a): Wanessa Ribeiro Guia da Silva 
Nº da matrícula: 201703140419 
Nº da matrícula: 201702429415 
Nº da matrícula: 201703242378 
Nº da matrícula: 201703184531 
Nº da matrícula: 201703326172 
Nº da matrícula: 201702460703 
No caso particular do campo de uma carga puntiforme Q, a simetria sugere as superfícies 
equipotenciais são superfícies esféricas concêntricas com a carga Q e as linhas de força (de campo) são radiais com 
o centro da carga. 
Para cargas positivas, o potencial de cada superfície aumenta quando se aproxima da carga e para cargas negativas 
diminui quando se afasta da carga. 
 
Superfícies equipotenciais de um Campo Elétrico Uniforme: 
 
Um campo elétrico uniforme tem em todos os seus infinitos pontos mesma intensidade, mesma direção e mesmo 
sentido e é obtido entre duas placas condutoras idênticas e paralelas e eletrizadas com cargas de mesmo módulo, 
mas de sinais contrários. 
 
Materiais Utilizados: 
✓ Uma fonte de tensão; 
✓ Conectores jacaré; 
✓ Multímetro; 
✓ Cuba de acrílico transparente; 
✓ Eletrodos retilíneos; 
✓ Água não destilada; 
✓ Sal; 
✓ Papel milimetrado. 
Desenvolvimento: 
• Conectou-se os eletrodos retilíneos em paralelo na cuba, afastados; 
• Posicionou-se uma folha de papel milimetrado abaixo da cuba, de forma que os eletrodos ficassem paralelos 
às linhas demarcadas; 
• Conectaram-se os terminais dos eletrodos aos terminais da fonte de tensão; 
• Foram feitas 5 linhas paralelas aos eletrodos retilíneos com distâncias variadas, em cada linha foram marcados 
4 pontos; 
• Colocou-se água e sal na cuba até fechar o contato entre os eletrodos; 
• Conectou-se a ponta da prova do multímetro indicada por “COM’ em contato com o eletrodo que estava ligado 
ao negativo da fonte. As medidas de voltagem (ddp) foram em relação ao potencial deste ponto; 
• Ligou-se a fonte de tensão na escala 3V; 
• Ligou-se o multímetro e mediu-se o ddp entre os terminais, anotando este valor; 
• Foram anotados no papel milimetrado os pontos experimentais, construindo assim as superfícies 
equipotenciais. 
 
Tratamento dos dados: 
 
Potencial de cada ponto: 
A = 0,63 V 
B = 0,69 V 
C = 0,79 V 
D = 1,06 V 
E = 1,18 V 
F = 1,19 V 
G = 1,16 V 
H = 1,42 V 
I = 1,62 V 
J = 1,80 V 
K = 1,77 V 
L = 1,61 V 
M = 1,93 V 
N = 1,94 V 
O = 1,92 V 
P = 1,91 V 
Q = 2,36 V 
R = 2,36 V 
S = 2,32 V 
T = 2,57 V 
 
Foi feita uma média dos potenciais de cada superfície analisada: 
1ª ABCD: 
0,63+0,69+0,79+1,06
4
= 0,7925 V 
2ª EFGH: 
1,18+1,19+1,16+1,42
4
= 1,2375 V 
3ª IJKL: 
1,62+1,80+1,77+1,61
4
= 1,7000 V 
4ª MNOP: 
1,93+1,94+1,92+1,91
4
= 1,9250 V 
5ª QRST: 
2,36+2,36+2,32+2,57
4
= 2,4025 V 
 
Calculou-se o valor de Campo Elétrico em cada superfície analisada através da relação: V = E.x (usando a média dos 
potenciais elétricos): 
1ªABCD: 0,7925 V = E ∗ 0,0550 m 
0,7925 V
0,0550 m
= E 14,4091 N/C = E 
 
2ª EFGH: 1,2375 V = E ∗ 0,0850 m 1,2375 V
0,0850 m
= E 14,5588 N/C = E 
 
3ª IJKL: 1,7000 V = E ∗ 0,1150 m 1,7000 V
0,1150 m
= E 14,7826 N/C = E 
 
4ª MNOP: 1,9250 V = E ∗ 0,1450 m 
1,9250 V
0,1450 m
= E 13,2759 N/C = E 
 
5ª QRST: 2,4025 V = E ∗ 0,1850 m 
2,4025 V
0,1850 m
= E 12,9865 N/C = E 
Calculou-se o valor da carga que gerou esse campo elétrico para cada superfície equipotencial, através da relação: V 
= KQ/x (usando a média dos potenciais elétricos): 
1ªABCD: 0,7925 V =
9 ∗ 109∗ Q
0,0550 m
 
0,7925 V ∗ 0,0550 m
9 ∗ 109
= Q 
0,0436 V∗m
9∗ 109
= Q 0,4844 ∗ 10−11 C = Q 
 
2ª EFGH:1,2375 V = 
9 ∗ 109∗ Q
0,0850 m
 
1,2375 V ∗ 0,0850 m
9 ∗ 109
= Q 
0,1052 V∗m
9 ∗ 109
= Q 1,1689 ∗ 10−11 C = Q 
 
3ª IJKL: 1,7000 V = 
9 ∗ 109∗ Q
0,1150 m
 
1,7000 V ∗ 0,1150 m
9 ∗ 109
= Q 
0,1955 V∗m
9 ∗ 109
= Q 2,1722 ∗ 10−11 C = Q 
 
4ª MNOP: 1,9250 V = 
9 ∗ 109∗ Q
0,1450 m
 
1,9250 V ∗ 0,1450 m
9 ∗ 109
= Q 
0,2791 V∗m
9 ∗ 109
= Q 3,1011 ∗ 10−11 C = Q 
 
5ª QRST:2,4025 V = 
9 ∗ 109∗ Q
0,1850 m
 
2,4025 V ∗ 0,1850 m
9 ∗ 109
= Q 
0,4445 V∗m
9 ∗ 109
= Q 4,9389 ∗ 10−11 C = Q 
 
Discussão:1. Foi possível observar superfícies Equipotenciais nesse experimento? Qual o valor médio do potencial de cada 
superfície analisada. 
R.: Foi possível observar as superfícies equipotenciais. O valor médio do potencial encontrado para cada superfície 
analisada foi: ABCD: 0,7925 V; EFGH: 1,2375 V; IJKL: 1,7000 V; MNOP: 1,9250 V; QRST: 2,4025 V. 
2. Como você explicaria o fato de não encontrar valores idênticos para todos os potenciais presentes na mesma 
superfície? 
R.: Seria explicado, talvez, pelo tempo em que a ponta do multímetro estive em contato com a solução de água 
com sal, pois a mesma influência, distorcendo as linhas de campo elétrico. 
3. Ao se distanciar do eletrodo com o cabo preto do multímetro, o potencial elétrico aumentou ou diminuiu? Por 
que isso ocorreu? 
R.: O potencial elétrico aumentou. Provavelmente o eletrodo de cabo preto possuía carga negativa, pois como 
estava sentido ao eletrodo de carga positiva, o potencial aumenta quando se aproxima, conforme as propriedades 
das superfícies equipotenciais. 
4. Ao se distanciar do eletrodo com o cabo preto do multímetro, o valor encontrado para o Campo Elétrico aumentou 
ou diminuiu? Por que? 
R.: O campo elétrico diminuiu. Porque quanto maior a distância, menor será a força do campo elétrico e quanto 
menor a distância, maior será a força de interação entre corpos proposta pelo campo elétrico. 
5. Os resultados analisados acima estão de acordo com a teoria estudada? Justifique. 
R.: Sim, apesar de ter ocorrido divergências entre alguns valores, que possivelmente ocorreu devido ao processo 
de realização do experimento. Estão de acordo com a teria estudada, pois Coulomb em sua teoria diz que a força 
elétrica que atua sobre dois corpos eletricamente carregados é diretamente proporcional às suas cargas e 
inversamente proporcional ao quadrado da distância. 
6. Qual deveria ser a orientação do vetor Campo Elétrico nesse experimento? 
R.: Conforme propriedades, o campo elétrico deveria ser perpendicular as superfícies equipotenciais, isto é, 
possuindo um ângulo de 90º. 
Conclusão: Através do experimento, pode-se entender um pouco mais como funciona as superfícies equipotenciais e 
também, sobre os potenciais elétricos. Pode-se ver na prática a carga de cada ponto selecionado, como utilizar tais 
equipamentos. Foi possível concluir que o vetor campo elétrico em um ponto não depende do valor da carga de prova 
e é perpendicular as superfícies equipotenciais, demonstrando que o campo elétrico realiza a mesma interação, sendo 
tangentes as linhas de campo elétrico. Foi possível aprender que, o trabalho realizado sob uma superfície equipotencial 
é nulo. Foi possível também, aprender na teoria sobre algumas propriedades das superfícies equipotenciais. 
Anexo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Obs.: Cabo vermelho do multímetro na parte direita do anexo e cabo preto do multímetro na parte esquerda do mesmo. 
 
 
 
Referências bibliográfica: 
ANJOS, Talita Alves dos. "Superfícies Equipotenciais"; Brasil Escola. Disponível em 
<https://brasilescola.uol.com.br/fisica/superficies-equipotenciais.htm>. Acesso em 12 de setembro de 2018. 
SILVA, Domiciano Correa Marques da. “Superfície Equipotencial”; Mundo Educação. Disponivel em < 
https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/superficie-equipotencial.htm>. Acesso em 12 de setembro de 2018. 
 
SILVA, Domiciano Correa Marques da. “Superfícies Equipotenciais”; Alunos Online. Disponivel em < 
https://alunosonline.uol.com.br/fisica/superficies-equipotenciais.html>. Acesso em 12 de setembro de 2018. 
 
Equipe Física e Vestibular. “Superfícies equipotenciais – Trabalho da Força eletrostática”; Física e Vestibular, aula 
Grátis de Fisica. Disponível em< http://fisicaevestibular.com.br/novo/eletricidade/eletrostatica/superficies-
equipotenciais-trabalho-da-forca-eletrostatica/>. Acesso em 12 de setembro de 2018. 
 
MUNDIM, Kleber C. “Potencial elétrico para varias distribuições de cargas”; Ensino a Distancia. Disponivel em < 
http://ensinoadistancia.pro.br/ead/Eletromagnetismo/PotencialE-Exemplos/PotencialE-Exemplos.html>. Acesso em 12 
de setembro de 2018. 
 
MUNDIM, Kleber C. “Propriedades das Superfícies Equipotenciais”; Ensino a Distancia. Disponivel em < 
http://ensinoadistancia.pro.br/ead/Eletromagnetismo/EquipotenciaisProp/EquipotenciaisProp.html>. Acesso em 12 de 
setembro de 2018.