Relatório7Fisica - Superfícies Equipotenciais

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FÍSICA EXPERIMENTAL I 
ENGENHARIA CIVIL 
 
 
ANA CLARA PEDRAS BUENO 
 
 
 
 
 
 
 
SUPERFÍCIES EQUIPOTENCIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURVELO 
2017 
OBJETIVO: 
 
 A prática teve por objetivo determinar a disposição das superfícies equipotenciais 
para diferentes distribuição de carga: distribuição de cargas com simetria esférica e 
distribuição de cargas em planos paralelos. Além de verificar experimentalmente, e 
explicar fisicamente o fato do interior de um condutor, contido em um campo elétrico 
uniforme, apresentar potencial constante, e consequentemente um campo elétrico nulo. 
 
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO: 
 
 Para execução da primeira parte do experimento, colocou-se em uma cuba sobre 
uma escala projetável cerca de 400 ml de água. Em seguida, posicionou os eletrodos retos 
dentro da cuba com água, de maneira que ficassem paralelos, e então efetuou-se as 
conexões elétricas com garras jacaré nos parafusos de contato elétrico. A fonte de 
alimentação foi ligada e ajustada para 3,0 ± 0,1 𝑉 CC, posicionou-se então a ponteira 
ligada ao multímetro em um ponto aleatório entre os eletrodos e anotou-se o potencial 
fornecido. Em seguida, procurou-se por mais 4 pontos com mesmo valor de potencial e 
tentou-se estabelecer uma linha equipotencial em toda a extensão do papel. O 
procedimento foi repetido mais duas vezes, e o resultado obtido é apresentado a seguir: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Observando o resultado apresentado, verifica-se que as linhas equipotenciais, 
demarcadas pelas cores azul e vermelho, apresentaram uma inclinação positiva. 
Enquanto, a linha equipotencial demarcada pela cor preta apresentou uma leve 
inclinação negativa. 
 Para uma distribuição de cargas em planos paralelos, as linhas de campo são 
horizontais e saem da placa positiva em direção a placa negativa, onde o potencial é nulo. 
As linhas equipotenciais neste caso, formam ângulos de 90° com as linhas de campo. 
Como as linhas equipotenciais obtidas experimentalmente apresentaram inclinações, é 
possível que os eletrodos não estavam posicionados paralelamente como foi representado. 
Este equívoco no posicionamente dos eletrodos pode ter sido gerado pela refração da luz 
na água, que propiciou diferentes interpretações de posicionamente para diferentes pontos 
de vista. 
 Ainda que os eletrodos não estivessem devidamente posicionados, esperava-se pelo 
menos que todas as linhas equipotenciais obtidas apresentassem uma mesma inclinação, 
ou mesmo sentido de inclinação, o que também não foi verificado já que a linha 
equipotencial demarcada pela cor preta apresentou uma inclinação diferente das obtidas 
pelas linhas demarcadas pelas cores azul e vermelha. Esta falha, no entanto, 
possivelmente foi originada por um erro experimental, visto que durante a execução do 
experimento um dos experimentadores esbarrou na cuba com água, fazendo com que os 
eletrodos se movimentassem, saindo da posição inicial. 
 Observa-se ainda que, alguns pontos obtidos apresentaram desvios em relação a 
linha equipotencial traçada, desvios de no máximo 5 𝑚𝑚. Estes desvios podem ser 
resultantes de alguns fatores, além daqueles já anteriormente citados, como: um traçado 
equivocado da linha equipotencial, da interpretação da leitura do posicionamento de cada 
um dos pontos obtidos, do posicionamento da ponteira na água e até mesmo da precisão 
do instrumento utilizado nas medições. 
 Por fim, foi possível constatar que as linhas de campo mais próximas ao eletrodo de 
carga positiva apresentaram maior potencial, e a linha de campo mais próxima ao eletrodo 
de carga negativa apresentou um menor potencial. Ou seja, partindo do eletrodo positivo 
o potencial descresce até se tornar nulo, no eletrodo negativo. 
 
 Para execução da segunda parte do experimento, substituiu os eletrodos paralelos 
por dois eletrodos cilíndricos, que foram conectados a uma fonte de alimentação, ajustada 
para 2,9 ± 0,1 𝑉 CC. Então posicionou-se a ponteira ligada ao multímetro em um ponto 
aleatório próximo a um dos eletrodos e anotou-se o potencial fornecido. Em seguida, 
procurou-se por mais 4 pontos com mesmo valor de potencial e tentou-se estabelecer um 
semi circulo equipotencial. O procedimento foi repetido para o segundo eletrodo, e o 
resultado obtido é apresentado a seguir: 
 
 
 
 
 Observando o resultado apresentado verifica-se que, mesmo com os desvios de 
alguns pontos obtidos experimentalmente, de fato as cargas geram superfícieis 
equipotenciais, que neste caso são círculos centrados na carga que formam ângulos de 
90° com as linhas de campo. 
 Os desvios neste caso, parecem superar os desvios observados no primeiro 
procedimento experimental, ou seja, desvios de mais de 5 𝑚𝑚, possivelmente gerados 
por erros experimentais, como: interpretação da leitura do posicionamento de cada um 
dos pontos obtidos, do posicionamento da ponteira na água, da precisão do instrumento 
utilizado para as medições e até mesmo pelos efeitos de interferência de uma carga sob a 
outra. 
 Verifica-se ainda que, ao tentar localizar uma linha central equipotencial aos dois 
eletrodos cilíndricos, encontrou-se na verdade um possível círculo equipotencial 
pertencente ao eletrodo de carga positiva. E que provavelmente a linha equipotencial que 
se objetivava traçar se encontra além da linha horizontal simétrica aos dois eletrodos. 
 Semelhante ao que foi constatado no procedimento anterior, espera-se que os 
círculos equipotenciais gerados pela carga positiva apresentem, para um mesmo raio, um 
maior potencial, quando comparado aos círculos equipotenciais gerados pela carga 
negativa. E ainda que, quanto mais próximos da carga negativa estiverem os círculos 
equipotencial, estes tendem ao potencial nulo. 
 
 Ainda como parte do objetivo da prática, substituiu novamente os eletrodos 
cilíndricos por eletrodos paralelos e retornou à configuração da montagem como no 
primeiro procedimento experimental. Em seguida, colocou-se entre os dois eletrodos 
paralelos, um “anel” condutor e a partir da ponteira ligada ao multímetro foi constatado 
que o potencial medido dentro do condutor varia minimamente, para uma mesma 
distância, quando comparado ao potencial medido fora do condutor. Logo, foi verificado 
que o potencial dentro de um condutor em um campo elétrico uniforme é considerado 
constante, como consequência o seu campo elétrico é nulo. 
 Assim, para um melhor entendimento físico da verificação experimental feita é 
necessário inicialmente destacar que, um condutor é um sólido que possui muitos elétrons 
livres, estes elétrons podem se deslocar no interior da matéria mas não deixar a superfície 
e que as cargas ficam localizadas na superfície do condutor. Tem-se então que, desde que 
o condutor esteja em equilíbrio eletrostático, quando colocado na presença de um campo 
externo as cargas dentro do condutor tenderão a se distribuir de forma que o campo no 
interior do condutor cancele o campo externo, por consequência o campo elétrico dentro 
do condutor torna-se nulo (�⃗� = 0). 
 
(Figura 1: Esquema do campo elétrico gerado dentro do condutor.) 
|𝐸1⃗⃗⃗⃗ | = |𝐸0⃗⃗⃗⃗ |, dentro do condutor 
𝐸𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 = �⃗� = 0 
 Por conseguinte, se �⃗� = 0 dentro do condutor, então �⃗� = −∇⃗⃗ 𝑉, ou seja, o condutor 
é uma equipotencial. Justificando a razão de um potêncial constante, e um campo elétrico 
nulo dentro de um condutor em equilíbrio eletrostático. 
 
 
CONCLUSÃO: 
 
 Finalizado a prática foi possíveldeterminar a disposição das superfícies 
equipotenciais para diferentes distribuições de carga. Além possibilitar a verificação 
experimental do potêncial no interior de um condutor em equilíbrio eletrostático, que 
resultou da constatação de um campo elétrico nulo dentro do condutor. 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: 
 Roteiro Física Experimental I. 
 ITA. Capítulo 6: Condutores. Disponível em: 
<http://www.fis.ita.br/fis32/notas/cap6_notas.pdf> . Acesso em: 15 de outubro de 
2017.