Transcript
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS - DEPARTAMENTO DE FÍSICA
FÍSICA EXPERIMENTAL III
RELATÓRIO CAMPO ELÉTRICO
Acadêmicos: RA:
Prof.
MARINGÁ,
2017
1 - INTRODUÇÃO
O campo elétrico, em um ponto do espaço, é definido como a força por unidade de carga positiva naquele ponto. A equação de definição é:
E=FQ
O vetor campo elétrico é tangente, em cada ponto, as linhas de força e tem o sentido das mesmas. Podemos também descrever as propriedades de um campo elétrico através do conceito de potencial[14]. O potencial V ( x, y, z ) em um ponto do espaço se relaciona com o campo elétrico Ē (x, y, z), através da equação:
Ē = V
Isto quer dizer que o campo elétrico aponta na direção de máxima variação do potencial e no sentido em que V diminui. Por limitações experimentais, vamos obter aproximadamente, a intensidade do vetor campo elétrico, num ponto (P) do espaço a partir da equação:
E=- V lmáx
Onde V é a d.d.p. entre dois pontos e l é a distância entre eles. Em um campo elétrico, uma superfície selecionada de tal forma que todos os pontos sobre ela tenham o mesmo potencial, é conhecida como uma superfície equipotencial. Uma linha sobre tal superfície é uma linha equipotencial.
O trabalho realizado para deslocar uma carga de prova sobre uma superfície equipotencial é nulo, ou seja, o vetor campo elétrico, em cada ponto de uma superfície equipotencial, é sempre perpendicular a ela. Desta forma as equipotenciais são sempre perpendiculares às linhas de força.
2 - OBJETIVOS
Os objetivos deste experimento foram os de traçar as curvas eqüipotenciais de um campo elétrico em uma cuba eletrolítica. Em seguida, determinar o campo elétrico em módulo direção e sentido, considerando algumas distribuições de cargas elétricas.
3 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Quando colocamos no espaço uma distribuição de cargas, originamos nesse espaço uma propriedade chamada campo elétrico, de maneira que se uma carga for colocada neste campo elétrico, ficará sujeita à ação de uma força elétrica. À cada ponto do campo elétrico associamos um vetor campo elétrico que apresenta as seguintes características:
- Direção: a mesma da força aplicada sobre a carga de prova;
- Sentido: o mesmo da força se a carga de prova for positiva, contrário ao da força se a carga de prova for negativa.
É muito frequente na física a ocorrência de fenômenos de natureza distinta que são, entretanto descritos matematicamente de maneira análoga. Será exatamente isso que nos possibilitará estudar o campo eletrostático, ou melhor, estudarmos um outro fenômeno que é a passagem de corrente através de uma solução eletrolítica. Um eletrodo, mergulhado numa solução eletrolítica, produz um campo elétrico análogo ao de distribuição eletrostática da qual o eletrodo é o corte transversal.
O campo elétrico, em um ponto do espaço, é definido como a força por unidade de carga positiva naquele ponto:
E=FQ ,
indicando que o vetor campo elétrico é tangente às linhas de força, tendo o mesmo sentido das mesmas.
Em um campo elétrico, uma superfície selecionada de tal forma que todos os pontos sobre ela tenham o mesmo potencial, é conhecida como uma superfície equipotencial. O trabalho realizado para deslocar uma carga de prova sobre uma superfície equipotencial é nulo, sendo assim o vetor campo elétrico, em cada ponto de uma superfície equipotencial, perpendicular à ela. Com isto as equipotenciais são sempre perpendiculares às linhas de força.
4 - MÉTODO DE INVESTIGAÇÃO
4.1- Materiais Utilizados
Fonte de tensão alternada (AC);
Cuba de vidro;
Pontas de prova;
Placas metálicas;
Anel metálico;
Voltímetro;
Papel milimetrado;
Fios;
Jacarés;
Fita crepe;
Água de torneira (solução eletrolítica);
Suportes.
4.2- MONTAGEM EXPERIMENTAL
1. Monte o sistema da Fig. 1 e coloque água na cuba até que as pontas metálicas estejam ligeiramente mergulhadas;
2. No gerador de função selecione a função do tipo senoidal e regule-a para a frequência de 70Hz;
3. Regule a tensão de saída no gerador de função para 5V monitorando pelo voltímetro na função AC (V ~);
4. Delimite em uma folha de papel milimetrado uma superfície de 15cmx15cm;
5. Anote 7 pontos para cada uma das 7 superfícies equipotenciais na Tabela 1 e no papel milimetrado. Anote no papel milimetrado as localizações dos polos positivo e negativo;
6. Com as duas pontas de prova, espaçadas de 1 cm , faça uma varredura de 360o em torno dos pontos C,D e E e determine o Vmax. Para esta situação registre a posição das pontas de prova na Tabela 2. No papel milimetrado marque os mesmo pontos C, D e E da cuba, as posições para Vmax e trace a direção do campo elétrico para cada ponto.
Fig. 1 – Sistema para configuração do dipolo elétrico.
4.3- PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Primeiramente em uma folha de papel milimetrado, delimitamos uma superfície de 15cm x 15cm de dimensão e numeramos suas linhas e colunas.
Em seguida pegamos uma cuba de vidro que continha um papel milimetrado (15cm x 15cm) fixado em seu fundo. Então introduzimos duas placas metálicas paralelas entre si e as prendemos com fita crepe. Através de fios, ligamos o polo positivo da fonte à uma das placas e o negativo a outra placa, com o auxílio de jacarés, então, através dos fios do voltímetro, ligamos o polo negativo à sua respectiva placa e o positivo que nos servia como ponta de prova.
Com auxílio do voltímetro, ajustamos a fonte para 5,0V e com sua ponta de prova posicionada na vertical, determinamos alguns pontos de mesmo potencial. Esses pontos foram determinados aleatoriamente na horizontal e na vertical e transferidos para o papel milimetrado. Posteriormente realizamos o mesmo procedimento para potenciais diferentes. Então, traçamos suas respectivas curvas equipotenciais.
Trocamos a ponta de prova anterior por duas espaçadas de 1cm e então sobre as circunferências contidas no papel milimetrado da cuba, realizamos um giro de 360º sobre cada uma delas e determinamos seu potencial máximo.
5 - RESULTADOS E DISCUSSÃO:
Os dados obtidos são os das tabelas a seguir:
Utilizando as duas pontas de prova, encontramos o vetor campo elétrico, conforme dados da tabela a seguir.
4 – CONCLUSÃO
Após a realização do experimento, pudemos observar que assim como na teoria as linhas de campo "saem" da carga positiva e "entram" na carga negativa e os vetores do campo elétricos são tangenciais às linhas de campo. Além disso, as linhas não se cruzam e a densidade de carga é proporcional às linhas de campo, como ilustra as imagens abaixo.
5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
[1] MATEUS, A. E., HIBLER, I. e outros. Apostila de Física Experimental III – Eletricidade e Magnetismo. Maringá/PR, 2010.
[2] ALBUQUERQUE, W. V. e outros. Manual de Laboratório de Física.
São Paulo, Editora McGraw-Hill do Brasil, 1980.
[3] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.. Fundamentos de Física 3- Eletromagnetismo. Rio de Janeiro/RJ, Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1991, Vol. 3.
[4] SEARS, F. W.. Física - Magnetismo-Eletricidade. Rio de Janeiro/RJ,
Ao Livro Técnico, 1951, Vol. 2, Cap. 5.
