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CAMPO ELÉTRICO
1.0 OBJETIVOS:
Este experimento tem como objetivos analisar as propriedades de um campo elétrico criado por duas cargas puntiformes. Analisa-se também o comportamento das equipotenciais de um campo elétrico em cuba eletrolítica e no interior de um anel metálico isolado.
2.0 PROCEDIMENTO:
Material Utilizado
- fonte de tensão;
- cuba de vidro;
- pontas de prova;
- placas metálicas;
- anel metálico;
- multímetro;
- papel milimetrado;
- fios;
- jacarés;
- água (solução eletrolítica);
- suportes.
Montou-se o esquema abaixo, colocando água na cuba de modo a mergulhar ligeiramente as pontas metálicas.
Desenho Esquemático 1
Com a ponta de prova (+) do voltímetro (na vertical) determinou-se 5 pontos de mesmo potencial. Após adequadamente transferidos para o papel milimetrado, liga-se os pontos, de modo a formar as eqüipotenciais. Os valores encontram-se dispostos na Tabela 1 e no gráfico 1.
A tabela 1 contém os pontos de mesmo potencial (volt), sendo x e y em cm.
V=8,6 V=12,2 V=15,3 V=17,6 V=19,
x y x y x y x y x y 0,3 3,0 4,5 1,2 7,5 0,0 10,4 1,4 13,0 0, 2,0 4,9 4,9 3,4 7,5 3,0 10,3 3,6 11,9 4, 3,0 7,5 5,5 7,5 7,5 6,0 9,9 4,6 11,0 7, 2,6 10,3 5,0 12,3 7,5 9,0 9,5 7,5 11,6 11, 0,3 13,8 4,8 14,6 7,5 12,0 9,8 10,0 13,2 14,
Tabela 1
Com as duas pontas de prova, espaçadas de um centímetro, fez-se uma varredura de 360º sobre cada circunferência, em torno de três pontos (C, D, F) dados no papel milimetrado da cuba.
Ponto C - (4,0 , 7,5)
- maior potencial = 1,0v - direção (4,5 , 7,5)
Ponto D - (3,0 , 12,0)
- maior potencial = 0,6v - direção (2,7 , 11,8)
Ponto E – (12,0 , 12,0)
- maior potencial = 0,4v - direção (12,2 , 11,8)
Na mesma cuba, substituiu-se as pontas metálicas por duas placas metálicas paralelas, obtendo-se também as equipotenciais do campo elétrico. Neste mediu-se a distância entre as duas placas para cálculo do campo elétrico.
Tabela 3
-Distância entre as placas metálicas: 15,0 cm -Potencial elétrico no interior do anel: 16,7 V(pontos a e b ); 16,6 V(pontos c , d e e ).
3.0 QUESTÕES:
01 - As linhas eqüipotenciais obtidas possuem a configuração esperada, em cada caso? Trace também algumas linhas de força para cada configuração de campo.
Sim. Entre dois pólos de sinais opostos, a medida que se aproxima de cada pólo, as linhas tendem a circunferências centradas nesse pólo. Já entre duas placas paralelas, as linhas eqüipotenciais são paralelas às placas. Ao se introduz o anel entre as placas surge um comportamento intermediário: perto do anel, as linhas são aproximadamente circulares e a medida que se afasta dele as linhas tornam-se mais retilíneas. Nos gráficos, as eqüipotenciais são representadas por linhas contínuas, e as linhas de força por linhas tracejadas.
02 - Trace o vetor campo elétrico (E)
r em cada ponto considerado (C, D e E), na configuração inicial.
Ver gráfico (1).
03 - Determine também o módulo do campo elétrico, em torno destes pontos.
Ponto C: 1,0 V/cm = 100 V/m Ponto D: 0,6 V/cm = 60 V/m Ponto E: 0,4 V/cm = 40 V/m
04 - Qual o módulo, direção e sentido do campo elétrico entre as placas, referente ao item 07?
O campo elétrico tem módulo aproximado de 200,0 V/m, é perpendicular às duas placas metálicas, sendo orientado da placa positiva para a negativa.
Cálculo de E :
E = | -(V/ l ) | = | -(30,0V - 0,0V)/(0,0cm -15cm) | = 2,0 V/cm E = 200,0 V/m
05 - O que você verificou sobre o potencial, no interior do anel? O que você conclui sobre o campo? Justifique.
O potencial se mantém praticamente constante; o campo elétrico no interior do anel deve ser nulo, uma vez que o gradiente do potencial também o é.
06 - Explique o que acontece na superfície do anel, quando este é introduzido entre as placas.
A região do anel próxima à placa negativa torna-se eletricamente positiva e a região próxima a placa positiva torna-se eletricamente negativa. Íons cloreto (Cl -^ ) dissolvidos na água combinam-se com íons cobre (Cu 2+^ ) provenientes do próprio anel, para formar cloreto de cobre. Tal composto possui cor azulada.
4.0 ANÁLISE DOS RESULTADOS:
Analisando os gráficos podemos perceber que as linhas equipotenciais são perpendiculares as linhas de força. Entre as duas placas paralelas o módulo do campo elétrico é de 200 V/cm com direção da placa positiva para a negativa. No interior do anel o potencial é sempre o mesmo, portanto a diferença de potencial é nula e assim o campo elétrico também é nulo. Quando o anel é introduzido entre as placas são induzidas cargas em sua superfície, sendo que a região mais próxima do pólo positivo fica carregada negativamente, e a parte próxima do pólo negativo fica com carga positiva.
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5.0 CONCLUSÃO:
As técnicas empregadas neste experimento permitiram traçar as eqüipotenciais de um campo elétrico com razoável precisão, assim como determinar o módulo, direção e sentido do campo em diferentes distribuições de cargas de modo coerente com a teoria. Também se verificou que, no interior de um anel metálico isolado, o potencial elétrico não varia, implicando que o campo elétrico é nulo nessa região.
6.0 BIBLIGRAFIA
