Relatório de Superfícies Equipotenciais e Analise do

Relatório de Superfícies Equipotenciais e Analise do Campo
Elétrico
1 Introdução
Esse relatório tem como fundamento a observação do comportamento das linhas
de campo e linhas equipotenciais gerado num campo elétrico. Com auxílio de
equipamentos que nos possibilitam fazer as medidas necessárias e o recolhimento
de dados para um prévio e mais detalhado estudo do experimento, de onde
tiraremos as nossas conclusões e exportaremos os resultados observados. Vamos
estudar o comportamento do campo elétrico, ou seja, veremos como as linhas de
campo são formadas para os diferentes casos. Quando uma carga puntiforme está
isolada no espaço, ela gera um campo elétrico em sua volta. Qualquer ponto que
estiver a uma mesma distância dessa carga possuirá o mesmo potencial elétrico.
Portanto, aparece ai uma superfície equipotencial esférica. Podemos também
encontrar superfícies equipotenciais no campo elétrico uniforme, onde as linhas de
força são paralelas e equidistantes. Nesse caso, as superfícies equipotenciais
localizam-se perpendicularmente às linhas de força (mesma distância do
referencial). São esses casos, observados no experimento laboratorial, que nos
dará a possibilidade de observar e praticar o que recorrentemente estudamos nos
livros. Para isso, precisamos conhecer o que compões um campo e como ele se
comporta.
A carga elétrica é uma propriedade intrínseca das partículas fundamentais de que
é feita a matéria. Todo objeto contém cargas elétricas, sendo elas entendidas
como positivas e/ou negativas. Quando existe igualdade de cargas, o objeto é dito
eletricamente neutro, já quando não existe esta igualdade ele é dito eletricamente
carregado. Para se medir a força de atração entre essas cargas, utiliza-se da Lei
de Coulomb, que nos possibilita descrever a força de atração ou repulsão entre as
cargas. A lei também é válida até mesmo no interior dos átomos, onde descreve
corretamente a força de atração entre o núcleo positivo e os elétrons negativos.
Outra ferramenta importantíssima para se estudar o campo elétrico é a
visualização das linhas de campo. Essas linhas de campo são usadas para
visualizar a direção e a intensidade dos campos elétricos. O vetor campo elétrico
em qualquer ponto é tangente à linha de campo elétrico que passa por este ponto.
A densidade de linhas de campo elétrico em uma região do espaço é proporcional
ao módulo do campo elétrico nesta região. As linhas de campo começam em
cargas positivas e terminam em cargas negativas.
As linhas equipotenciais (que constituem a superfície equipotencial) têm a
particularidade de ser perpendicular as linhas de campo. Os pontos que pertencem
a uma superfície equipotencial possuem todos, o mesmo potencial elétrico.
2 Objetivo
Obter superfícies equipotenciais em uma cuba eletrolítica composta com água e
sal, Fazendo então um mapeamento dessas superfícies equipotenciais.
Desenvolvendo assim, o conceito de potencial. Contudo observar e analisar a
distribuição do campo elétrico, observar como se comportam as linhas
equipotenciais em diversas circunstâncias, e por fim obter o conhecimento
necessário para possíveis estudos posteriores.
3 Materiais Utilizados
- Ponteira para tomada de dados
- Cuba projetável com escala
- Eletrodos retos
- Escala projetável
- Conexão de fio com pinos bananas
- Conexão de fios VM com pinos bananas e garra jacaré
- Conexão de fios PT com pino banana
- Fonte de alimentação, com tensão de saída variável de 0 V cc a 20v cc
- Multímetro ajustado para voltímetro na escala de 20 v cc
- Uma chave liga e desliga
- Retroprojetor
- Um copo descartável (cafezinho) com sal (equivalente) a duas colheres de sopa.
- Copo de Becker com 250 ml de água
- Pano de limpeza para coar a água com sal.
4 Fundamentos Teóricos
O experimento se fundamenta no estudo do campo elétrico, sendo ele formado por
uma carga pontual, por um dipolo elétrico, por uma distribuição continua de cargas,
etc. Para isso precisamos entender a definição do que venha a ser um campo
elétrico e suas derivações.
Campo Elétrico:
O campo elétrico é um campo vetorial, constituído por uma distribuição de vetores,
um para cada ponto de uma região em torno de um objeto eletricamente
carregado, como um bastão de vidro. O campo elétrico em um ponto nas
proximidades de um
objeto carregado é definido da seguinte forma: primeiro colocamos no ponto uma
carga positiva qₒ, chamada carga de prova. Em seguida medimos a força
eletrostática F que age sobre a carga de prova. Finalmente, definimos o campo
elétrico E no ponto P devido ao objeto carregado através da equação
E = F/q
Potencial Elétrico: é a capacidade que um corpo energizado tem de realizar
trabalho, ou seja, atrair ou repelir outras cargas elétricas. Com relação a um
campo elétrico, interessa-nos a capacidade de realizar trabalho, associada ao
campo em si, independentemente do valor da carga q colocada num ponto desse
campo. Para medir essa capacidade, utiliza-se a grandeza potencial elétrico. Para
obter o potencial elétrico de um ponto, coloca-se nele uma carga de prova q e
mede-se a energia potencial adquirida por ela. Essa energia potencial é
proporcional ao valor de q. Portanto, o quociente entre a energia potencial e a
carga é constante. Esse quociente chama-se potencial elétrico do ponto. Ele pode
ser calculado pela expressão:
V\,é o potencial elétrico,
E_p\,a energia potencial,
q\,a carga.
A unidade no S.I. é J/C = V (volt)
Superfície Equipotencial: São linhas de força as quais não possuem variação n
diferença de potencial. Por simetria as superfícies equipotenciais produzidas por
uma carga pontual ou por qualquer distribuição de cargas com simetria esférica é
uma família de esferas concêntricas. No caso de um campo elétrico uniforme, as
superfícies são uma família de planos perpendiculares às linhas de campo.
Gaiola de Faraday: Este experimento feito por Faraday indica que a superfície
condutora eletrizada possui em seu interior campo elétrico igual a zero, devido às
cargas que se distribuem de forma homogênea em sua superfície externa.
5 Procedimento Experimental
Apoiamos a cuba de plástico na bancada, com o papel milimetrado posicionado
abaixo dela, a fim de se ter uma referencia. Depois colocamos as placas paralelas,
uma em cada extremidade e depois colocamos um pouco de solução de Sulfato de
Cobre na cuba plástica. A partir daí, ligamos a fonte de tensão, conectando os
cabos às placas através dos fios de ligação com conectores “jacaré” (adotando um
lado como positivo e o outro como negativo). Após feito isso, um dos cabos do
multímetro é ligado a uma das placas e o outro cabo de multímetro servirá como
ponta de prova.
Assim como mostra a foto acima fazemos um mapeamento para saber onde se
encontra as superfícies equipotenciais, Achamos 3 voltagens e para cada uma
mapeamos 5 cordenadas. Ao desenvolver do experimento anotamos suas
coordenadas e marcamos no mapa obtendo assim os seguintes pontos.
A
-0,840 volts (10,80)
-0,850 volts (50,80)
-0,849 volts (40,70)
-0,843 volts (30,70)
-0,835 volts (20,70)
B
-0,600 volts (40,60)
-0,594 volts (30,40)
-0,595 volts (10,40)
-0,690 volts (10,50)
-0,590 volts (35,40)
C
0,145 volts (50,40)
0,143 volts (40,40)
0,146 volts (45,40)
0,135 volts (40,45)
0,140 volts (25,50)
6 Conclusão
Com o experimento pudemos comprovar que o campo elétrico é uniforme tanto
para o caso de duas placas colocadas paralelamente uma em relação à outra, No
primeiro caso, as linhas equipotenciais são paralelas as barras (e perpendiculares
as linhas de campo formadas entre elas) e no segundo caso vimos que as
superfícies equipotenciais são formadas de maneira concêntricas em relação as
pólos, formando assim uma família de circunferências aumentando de tamanho a
medida que se afasta.
Dessas observações, tiramos nossas conclusões sobre o campo elétrico,
entendemos a sua composição e seus fundamentos, não sendo só um
complemento da teoria estudada, mas sim a comprovação dos fatos.