Relatório 2 Física Experimental 2

Prévia do material em texto

1 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS 
CAMPUS A.C. SIMÕES 
INSTITUTO DE FÍSICA 
 CENTRO DE TECNOLOGIA 
 
 
 
 
 
 
 
CAMPO A PARTIR DO POTENCIAL 
 
 
 
 
 
 
LARA DANNA MARQUES BORNE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 MACEIÓ/AL 
2 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS 
 CAMPUS A.C. SIMÕES 
INSTITUTO DE FÍSICA 
 CENTRO DE TECNOLOGIA 
 
 
 
 
 
CAMPO A PARTIR DO POTENCIAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MACEIÓ/AL 
Relatório do experimento de Campo a partir 
do potencial, realizado sob a orientação do 
professor Marcos Vinícius Dias Vermelho 
como requisito avaliativo da disciplina de 
Laboratório de Física 1. 
 
3 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ...........................................................................................................4 
2 OBJETIVOS ............................................................................................................... 6 
3 MATERIAL UTILIZADO ........................................................................................ 6 
 3.1 MATERIAL ........................................................................................................6 
4 ROCEDIMENTOS UTILIZADOS ........................................................................... 7 
 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO............................................................................... 9 
 5.1 ELETRODO CILÍNDRICO ...........................................................................9 
 5.2 ANEL DE LATÃO ENTRE OS ELETRODOS .............................................9 
 5.3 PLACAS RETANGULARES..........................................................................10 
6 CONCLUSÕES ......................................................................................................... 11 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
1 Introdução 
 
 Os corpos possuem a capacidade de serem atraídos ou repelidos. Isso 
se deve a presença de cargas elétricas nos mesmos, sejam ela positivas ou 
negativas. Essas cargas, quando aproximadas pode gerar repulsão ou atração. 
A atração e a repulsão são ocasionadas por uma força elétrica F, advinda da 
interação entre os corpos. A maneira como os corpos se relacionam é 
determinada pelo campo elétrico. 
 Campo elétrico: uma partícula eletricamente carregada gera um campo 
que irá interferir na interação com outros corpos, e este campo pode ser 
representado pela equação 1 mostrada a seguir: 
⃗𝐸 = ⃗𝐹𝑞0(1) 
 
Em que ⃗𝐸 é o campo elétrico, dado em N/C (Newtons por Coulomb), 
produzido por uma carga de prova 𝑞0 , dada em C (Coulomb) e ⃗𝐹 é a 
força elétrica, dada em N (Newtons). 
 
 
 
 
 
 Para se representar o campo elétrico, utiliza-se de linhas, conhecidas 
como linhas de campo elétrico. Elas servem para uma melhor visualização 
desse campo. Essas possuem algumas propriedades, tais quais: 
• Em qualquer ponto da linha de campo, a orientação da mesma é a 
orientação do campo elétrico ⃗𝐸 nesse campo. 
• As linhas de campo são colocadas de forma que o número de linhas por 
unidade de área é proporcional ao módulo de campo elétrico ⃗𝐸. Nas 
regiões de maior densidade de linhas, o campo elétrico é maior, e em 
regiões de densidade menor de linhas, o campo é menor. 
• As linhas de campo nunca se cruzam. 
• As linhas de campo se afastam das cargas positivas e se aproximam 
das cargas negativas, como pode ser mostrado na figura 2. 
 
 
 
 
 
 
5 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 – A figura demonstra o afastamento das linhas de campo de cargas positivas e a 
aproximação de cargas negativas, além de mostrar a direção tangencial às linhas do campo 
elétrico. 
 
 Potencial Elétrico: Quando uma força eletrostática age entre duas ou 
mais partículas de um sistema, pode-se associar uma energia potencial elétrica 
U ao sistema. Se o sistema muda de uma configuração inicial i para uma 
configuração inicial f, a força eletrostática exerce um trabalho W, sobre as 
partículas: ∆𝐔 = 𝐔 𝐟 − 𝐔𝐢 = −𝐖. O potencial elétrico é a capacidade da força 
exercida pelo campo de realizar trabalho, ele é a energia potencial por unidade 
de carga. Ele não depende das cargas inseridas posteriormente, mas somente 
da carga de prova 𝑞0 geradora do campo elétrico na região. O potencial 
elétrico V pode ser definido: 𝑽 =
𝑉
 𝑞0
. Entretanto, o potencial elétrico não é muito 
utilizado, mais sim a diferença entre os potenciais de dois pontos, conhecida 
como diferença de potencial (d.d.p.): 
∆V = V
f
 
− V
i
 =
 
 v
f
 𝑞0
− 
 v
i
 𝑞0
 
ou 
. 
 
 
∆V = V
f
 
− V
i
 =
 
− 
 W
 𝑞0
 
 Portanto, a diferença de potencial entre dois pontos é o trabalho (com 
sinal negativo) realizado pela força eletrostática para deslocar uma carga 
unitária de um ponto para o outro. 
 
 Por fim, têm-se as superfícies equipotenciais. Essas superfícies são 
caracterizadas por apresentarem mesmo potencial elétrico em diferentes 
pontos e qualquer ponto nessa superfície forma um ângulo reto com o corpo 
elétrico ⃗𝐸. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
 2 Objetivos 
Observar o comportamento do campo eletrostático a partir da 
determinação experimental de linhas equipotenciais em meios condutores 
líquidos. 
 
 
 3 Material Utilizado 
 
Material Quantidade 
Cuba eletrolítica (pirex) com papel milimetrado; 
1 
Multímetro; 
1 
Ponteiras (fixa e móvel); 
2 
Cabos para ligações (banana-jacaré); 
2 
Cabos para ligações (banana-banana); 
2 
Eletrodos cilíndricos de cobre; 
2 
Placas retangulares de cobre; 
2 
Anel de latão; 
1 
Fonte de tensão (0 – 12V DC); 
1 
Solução de Sulfato de Cobre (CuSO4). 
 
 
 
7 
 
4 Procedimento 
1. Monte o experimento conforme mostra a figura 1, onde A e B representam 
as pontas fixa e móvel respectivamente, imersas em solução eletrolítica 
(CuSO4) contida na cuba. Também na cuba, C e D, representam os 
eletrodos que estarão ligados à fonte. O Multímetro (M) se encontra 
ligado entre as pontas. Use uma folha de papel milimetrado por baixo da 
cuba para poder identificar os pontos característicos do espaço que serão 
mapeados. 
 
Figura 1: Montagem para investigação das linhas 
de campo entre eletrodos circulares. 
2. Efetue inicialmente o movimento da ponteira móvel para observar o 
comportamento da corrente em função da d.d.p. estabelecida entre as 
ponteiras. 
3. Obtenha pelo menos oito pontos (bem distribuídos) de mesmo potencial 
com a finalidade de mapear uma linha equipotencial. Efetue no total o 
mapeamento de pelo menos 6 (seis) linhas equipotenciais diferentes, sendo 
que 3(três) tendendo para um eletrodo e as outras 3 (três) para o outro, 
distribuídas de forma a facilitar a visualização das linhas do campo. 
4. Trace algumas linhas de campo em função das equipotenciais obtidas. 
Comente o resultado. 
5. Coloque um anel na cuba entre os eletrodos e observe o comportamento do 
potencial na região de fora, próxima e em seu interior. Qual comportamento se 
pode atribuir ao campo? 
6. Repita o experimento usando placas metálicas como eletrodos (figura 2). 
8 
 
 
Figura 2: Montagem para investigação das linhas de campo 
entre placas retangulares paralelas. 
Questões 
1) a) Por que aparecem correntes nos dois sentidos quando se desloca o 
ponteiro móvel de um eletrodo para outro? 
b) Se convencionarmos o eletrodo negativo como o de potencial nulo 
e colocarmos aí a ponteira fixa, o que observamos nas variações de 
potencial com o deslocamento da ponteira móvel? 
2) Existe alguma contradição em estarmos efetuando eletrostática em uma 
região onde estarão ocorrendo correntes iônicas (na solução 
eletrolítica)? 
3) O anel colocado no item 5 do procedimento experimental constitui-se 
numa perfeita blindagem eletrostática? Justifiquesua resposta. 
4) Por que dizemos na prática que os dois polos de uma bateria ou de uma 
pilha expostos ou “ligados” apenas ao ar atmosférico se encontram 
isolados (isto é, estas fontes não estão sendo usadas)? 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
 5 Resultados e Discussões 
 
5.1 Eletrodo Cilíndrico 
PONTO VOLTAGE 
M(V) 
PONTO VOLTAGE 
M(V) X Y X Y 
- 5,3 0 1,25 -3,2 0,0 0,90 
- 6,3 2,2 1,25 - 4,9 1,9 0,90 
- 7,5 4,2 1,25 - 7,2 9,1 0,90 
- 11,4 6,2 1,25 6,0 7,0 0,90 
- 6,4 - 2,2 1,25 - 4,1 - 3,9 0,90 
- 8 - 5 1,25 - 5,9 - 7,1 0,90 
12,5 - 7,1 1,25 - 4,9 1,9 0,90 
PONTO VOLTAGE 
M(V) X Y 
- 1,90 0,0 0,45 
- 2,00 3,0 0,45 
- 2,00 2,8 0,45 
- 2,80 - 5,8 0,45 
- 2,00 - 3,8 0,45 
- 1,90 - 6,2 0,45 
 
Com os dois eletrodos em forma cilíndrica, as superfícies equipotenciais 
forma círculos concêntricos em torno dos dois eletrodos, até que na região 
próxima ao ponto médio entre eles, essas superfícies começam a achatar sua 
forma circular. As tensões nas superfícies equipotenciais são maiores nas 
superfícies próximas ao eletrodo negativo e diminuem gradativamente com a 
aproximação do eletrodo positivo. As linhas de campo elétrico saem radiais do 
eletrodo positivo, corta todas as superfícies equipotenciais perpendicularmente, 
exibindo (exceto as linhas sobre a linha que liga o centro dos dois eletrodos) 
uma forma curva até chegar de radialmente ao eletrodo negativo. 
 
4.2 Anel de latão entre os eletrodos 
 
• Fora do anel 
As linhas de campo são normais às superfícies metálicas. 
 
PONTO VOLTAGE 
M(V) X Y 
- 4,0 0,0 1,15 
- 6,5 3,0 2,10 
- 5,8 - 4,2 2,00 
5,5 3,1 - 1,44 
 
 
10 
 
 
• Dentro do anel 
Dentro de um condutor elétrico o campo elétrico é nulo e por isso o 
potencial elétrico é constante. 
 
 
 As superfícies equipotenciais próximas ao eletrodo cilíndrico são linhas 
circulares concêntricas ao eletrodo (positivo), à medida que se afasta deste 
eletrodo, os círculos aumentam e a parte que conseguimos “visualizar” (através 
da medição das tensões) começa a ficar mais achatada. As tensões, 
novamente são maiores próximas ao eletrodo negativo e menores próximos ao 
eletrodo positivo. As linhas de campo saem radialmente de um eletrodo exibem 
uma forma curva (exceto as linhas sobre a linha que liga o centro dos dois 
eletrodos) até chegarem radialmente no outro eletrodo. 
 
 
 4.3 Placas retangulares 
 
 
PONTO VOLTAGE 
M(V) X Y 
- 4,0 - 2,0 0,72 
5,2 - 1,0 - 0,91 
- 7,1 - 5,9 0,10 
8,6 - 3,6 - 2,36 
4,0 - 6,0 - 1,04 
- 8,9 5,9 1,96 
 
 
No primeiro caso, quando apenas os eletrodos estavam presentes, as 
linhas equipotenciais apresentam formas arredondadas e maior valor quanto 
mais próximas estavam dos eletrodos, além de se repelirem e deformarem 
quanto ao padrão arredondado quando mais próximas ao eixo y. 
No segundo caso, quando o anel de cobre estava presente, as linhas 
equipotenciais pareciam ser repelidas quanto mais próximas dele. Os valores 
dos potenciais elétricos dentro do anel, considerando a margem de erro, foram 
0 (zero). 
Já no último caso, quando foram usadas as placas retangulares de cobre, 
as linhas equipotenciais se mostraram lineares e perpendiculares entre as 
placas, no entanto fora das placas, elas voltam a se curvarem proporcionalmente 
ao valor de seus potenciais. 
 
 
11 
 
 
 6 Conclusões 
 Com o experimento realizado, pode-se extrair alguns fatos, entre eles: a 
relação diretamente proporcional do potencial elétrico com o campo elétrico 
(quanto maior a d.d.p. maior o campo elétrico) e a relação inversamente pro 
proporcional entre as distâncias dos eletrodos e o campo elétrico. Também foi 
observado através das marcações realizadas que as superfícies equipotenciais 
possuem a mesma forma dos eletrodos em ambas as etapas do experimento. 
Pode-se observar que o campo é perpendicular à superfície e acompanha a 
direção das linhas do campo. 
As linhas equipotenciais se dispõem de forma perpendicular às linhas de 
força do campo elétrico. As linhas foram distorcidas perto do eixo y, pois foram 
influenciadas pela outra presente. 
O anel de cobre foi responsável pela chamada blindagem eletrostática, 
assim repelindo as linhas equipotenciais em seu exterior e mantendo o potencial 
elétrico nulo em seu interior. 
Quando duas placas condutoras planas e iguais se dispõem 
paralelamente, é formado um campo elétrico uniforme que por sua vez faz com 
que as linhas de força sejam lineares de uma placa para outra, assim, já que as 
linhas equipotenciais são perpendiculares às linhas de força, elas são paralelas 
às placas e lineares. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
Referência 
Halliday, David – Fundamentos de Física Vol. 3 – eletricidade e 
magnetismo, 8ª ED. Riao de Janeiro, TLC, 2009. 
Sears e Zemasnky’s, Física III – eletromagnetismo, 12ª ED, São Paulo, 
Addison Wesley, 2009