Experimento 3 - Potencial e Campo elétrico (1)

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Física Experimental II - INFIS 39004
Prof° Omar de Oliveira Diniz Neto
Experimento 3 - Potencial e Campo elétrico
São Paulo, 06 de agosto de 2021
Raul Nicolini Rodrigues
Matrícula 12011EBI027
Resumo
O experimento realizado busca comprovar a relação entre potencial e campo elétrico
através das linhas equipotenciais de campo. Assim, foram usados eletrodos de diferentes
formatos, vela, fontes de tensão e multímetro para que o estudo feito tenha característica
qualitativa e quantitativa. Além disso, com o auxílio de uma vela será discutido o fenômeno
conhecido como “vento eletrostático”. [1]
Introdução Teórica
Se um corpo estiver eletricamente carregado, ele poderá exercer uma força, de atração
ou repulsão, sobre outro corpo que está carregado ou neutro. Com isso, o campo elétrico E
em uma carga q0 pode ser definido como:
Em que sua magnitude é dada em [N/C], uma vez que a permissividade do vácuo ε0 é
uma constante de valor aproximado 8,854x10-12 C2/N.m2 e r é a distância até a carga.
Ademais, segundo a literatura as linhas de campo não se cruzam e quanto maior a densidade
delas, maior será a intensidade do campo.[2]
Além disso, se uma carga elétrica estiver em um campo elétrico, ela terá energia
potencial por conta da sua relação com o campo. Logo para dois pontos que se deslocam em
regiões finitas o potencial é dado por Va-Vb=-E*dl, no qual Va é a voltagem em um ponto,
Vb em outro ponto e dl a variação da distância entre esses pontos. Dessa forma, para campos
elétricos constantes o potencial é dado por Va-Vb=-E*d.[2]
Com isso, quando o potencial elétrico permanece constante em qualquer ponto de
uma superfície ela é considerada como equipotencial. Portanto, se dois pontos estão na
mesma linha equipotencial a diferença de potencial é nula e o campo elétrico é constante e
perpendicular à tal linha.[2]
Procedimento
O experimento foi dividido em três partes. A primeira foi o estudo em um campo
elétrico de duas barras paralelas. A segunda foi uma análise feita pelo campo formado por
duas cargas potenciais e a última compreende o vento eletrostático a partir de dois eletrodos.
● Materiais
- Fonte de tensão;
- Dois eletrodos planos;
- Dois eletrodos em forma de gota;
- Multímetro;
- Papel milimetrado;
- Recipiente retangular;
- Eletrodo que simula carga pontual;
- Água com sais minerais;
● Análise do campo em dois eletrodos planos
No recipiente retangular foi colocado a água com sais minerais e dois eletrodos
ligados à fonte de tensão e ao multímetro, conforme a figura 1. Abaixo do sistema
colocou-se o papel milimetrado para mensurar a distância dos locais analisados.
Assim, com um dos eletrodos do multímetro ligados ao eletrodo plano e outro
eletrodo livre para movimentar pelo recipiente foi medido as tensões das linhas
equipotenciais.
Figura 1. Recipiente com dois eletrodos planos
Fonte:[1]
● Análise do campo em cargas puntiformes
No recipiente retangular foi colocada água com sais minerais e dois eletrodos, um
para representar a carga puntiforme e outro de formato de circunferência, conforme a
figura 2. Logo eles foram ligados ao multímetro e a fonte de tensão. Analogamente ao
procedimento anterior, um dos eletrodos do multímetro foi colocado no eletrodo de
que representa a carga puntiforme, enquanto o outro ficou livre para mensuração a
partir do papel milimetrado abaixo do recipiente.
Figura 2. Recipiente com eletrodo que representa a carga puntiforme.
Fonte:[1]
● Análise do vento elétrico
Com dois eletrodos em forma de gota conectados à fonte de tensão e uma vela acesa,
conforme a figura 3. A vela foi disposta entre os eletrodos para visualização do fenômeno.
Figura 3. Eletrodos e vela
Fonte:[1]
Dados experimentais
- Primeiro Experimento
Barras paralelas: d = 18 cm – Vaplicado = 15 V
1ra linha equipotencial
V (V) x (cm) y (cm)
3.84 7.0 4.1
3.84 11.0 4.2
3.84 15.0 4.2
3.84 19.0 4.1
3.84 23.0 4.0
2da linha equipotencial
V x (cm) y (cm)
6.51 7.0 8.1
6.51 11.0 8.1
6.51 15.0 8.0
6.51 19.0 8.1
6.51 23.0 8.0
3ra linha equipotencial
V x (cm) y (cm)
9.28 7.0 11.9
9.28 11.0 12.0
9.28 15.0 11.8
9.28 19.0 12.0
9.28 23.0 11.9
4ta linha equipotencial
V x (cm) y (cm)
12.20 7.0 15.9
12.20 11.0 15.8
12.20 15.0 15.8
12.20 19.0 15.9
12.20 23.0 16.0
- Segundo Experimento
Cargas puntiformes: d = 12 cm – Vaplicado = 15 V
1ra linha equipotencial
V (V) x (cm) y (cm)
3.28 8.0 5.8
3.28 11.0 6.5
3.28 14.0 7.0
3.28 17.0 6.6
3.28 20.0 6.0
2da linha equipotencial
V x (cm) y (cm)
6.89 8.0 9.0
6.89 11.0 9.1
6.89 14.0 8.9
6.89 17.0 9.0
6.89 20.0 9.1
3ra linha equipotencial
V x (cm) y (cm)
10.8 8.0 14.0
10.8 11.0 13.4
10.8 14.0 13.0
10.8 17.0 13.6
10.8 20.0 15.0
- Terceiro experimento
O resultado do último experimento foi obtido pela figura 4.
Figura 4. Resultado do vento eletrostático
Fonte:[1]
Conclusão
Os experimentos ocorreram de acordo com a literatura. Segundo os dados obtidos
conforme o ocorre a variação da posição de um eletrodo sobre uma das linhas equipotenciais
a diferença de potencial se mantém constante, logo quando o encontrada outra linha
equipotencial mais distante do eletrodo a tensão aumenta, quando comparada com a anterior,
evidenciando que a distância em y é diretamente ao potencial elétrico, enquanto x varia. Tal
resultado pode ser explicado tanto para o primeiro quanto para o segundo experimento.
O vento eletrostático, também, foi observado com êxito, pois as partículas se
direcionaram conforme a aplicação de um campo elétrico formado pelos eletrodos. Logo, o
sentido da chama é devido a atração pela carga de um eletrodo e repulsão do outro.
Referências
[1] Piovesan, E. 01 Potencial e campo elétri. Stream. Disponível em: <Watch '01 Potencial e
campo elétri' | Microsoft Stream>. Acesso em: 05 de agosto de 2021.
[2] HALLIDAY. Fundamentos da Física. Vol.3. 8° ed. Ed. LTC: Rio de Janeiro, 2009.
https://web.microsoftstream.com/video/fd8fcfa7-d947-40e5-b048-277422da8ee0?referrer=https:%2F%2Fwww.moodle.ufu.br%2F
https://web.microsoftstream.com/video/fd8fcfa7-d947-40e5-b048-277422da8ee0?referrer=https:%2F%2Fwww.moodle.ufu.br%2F