INSTITUTO SUPERIOR DE TRANSPORTES E COMUNICAÇÕES
Departamento de ciências básicas
Física II C11
Cargas elétricas e campo eléctrico
TL1
Dirce Sitoe
Docente: Alexandre Dambe
Maputo, Outubro de 2020
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Verificar a configuração das linhas de força do campo criado por uma carga positiva, uma carga negativa e duas cargas de sinais diferentes. Identificar o sentido das linhas do campo.
Tipologia: Notas de aula
2021
1 / 12
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INSTITUTO SUPERIOR DE TRANSPORTES E COMUNICAÇÕES
Departamento de ciências básicas
Física II C
Cargas elétricas e campo eléctrico
TL
Dirce Sitoe
Docente: Alexandre Dambe
Maputo, Outubro de 2020
I. Introdução No presente relatório, pretende-se realizar uma experiência relacionada com cargas elétricas e campos elétricos. II. Objetivos § Objectivos gerais: realizar experiências com cargas elétricas nos campos elétricos. § Objectivos específicos:
- Verificar a configuração das linhas de força do campo criado por uma carga positiva, uma carga negativa e duas cargas de sinais diferentes.
- Identificar o sentido das linhas do campo
- Medir o valor do potencial eléctrico para diferentes valores de distanciamento da carga eléctrica.
- Calcular o campo eléctrico para diferentes valores de distanciamento da carga eléctrica
- Construir os gráficos de E(d) e de V(d). III. Resumo teórico Campo eléctrico é uma grandeza física vectorial que mede a força eléctrica exercida sobre cada unidade de carga eléctrica colocada em uma região do espaço sobre a influência de uma carga geradora de campo eléctrico. Em outras palavras, o campo eléctrico mede a influência que uma certa carga produz em seus arredores. Quanto mais próximas estiverem duas cargas, maior será a força eléctrica entre elas por causa do módulo do campo eléctrico naquela região. Para calcular o campo eléctrico produzido por cargas pontuais (cujas dimensões são desprezíveis), dispostas no vácuo, se pode utilizar a seguinte equação: (1)
Figura 1: Direcção e sentido do vector campo eléctrico da carga positiva e da carga negativa. C. Linhas de força Michael Faraday, grande físico do século XIX, achou conveniente representar os campos eléctricos através de linhas de força, cuja construção é bastante simples.As linhas de força são um conjunto de linhas imaginárias, dispostas de tal forma que a força que atua sobre uma carga de prova positiva em qualquer ponto do espaço é tangente à linha naquele ponto, conforme a figura 2. Para facilitar a visualização do campo eléctrico, se desenha linhas cujas direcções tangentes sempre indicam a direcção e o sentido do campo eléctrico. Essas linhas são chamadas de linhas de força: Figura 2: Linhas de forças da carga positiva e da carga negativa. D. Atracção e repulsão entre cargas elétricas A atração e a repulsão eléctrica dependem do sinal das cargas eléctricas envolvidas. As cargas de mesmo sinal sofrem repulsão eléctrica ao passo que as cargas de sinais diferentes sofrem atração. Observe as figuras que mostram as linhas de força entre cargas eléctricas:
Figura 3: Entre cargas de sinal diferente, a resultante do campo eléctrico aponta sempre em direçcão à outra carga. Com isso, surge a força de atração eléctrica. Figura 4: Entre cargas de sinal igual, a resultante do campo eléctrico aponta na direcção oposta à posição das cargas, promovendo uma força eléctrica de repulsão entre elas. E. Potencial elétrico Toda carga eléctrica localizada no interior de um campo eléctrico possui uma energia potencial eléctrica (Ep) associada à sua posição dentro desse campo. Se considerarmos algum ponto dentro de um campo eléctrico, se pode calcular a quantidade de energia que um coulomb de carga pode armazenar nesse ponto.
- Em seguida avaliamos o potencial em função da distância:
- Activar no simulador as funções Grid, Values e Voltage.
- Usando a carga eléctrica positiva de 1nC , colocar o voltímetro a uma posição de 750cm da carga eléctrica e aumentando os valores os potencial eléctrico em função da diminuição da distancia. Colocar os valores na tabela 1.
- Trocar a carga positiva por uma negativa de 1nC e repetir o procedimento anterior. Colocar os valores da sua medição na tabela 2.
- Colocar as duas cargas eléctricas positiva e negativa, separadas entre si por uma distância de 750cm. Medir os valores do potencial eléctrico para diferentes valores de distanciamento e colocar os valores na tabela 3.
- Com base nos dados obtidos nas tabelas 1, 2 e 3, calcular os valores correspondentes do módulo do campo eléctrico e terminar com o preenchimento das referidas tabelas. V. Resultados
- Ao colocar uma carga positiva no campo eléctrico, as linhas do campo divergem.
- Ao colocar uma carga negativa no campo eléctrico, as linhas do campo convergem. Tabela I: Medição do potencial eléctrico da carga positiva. N° Distância aproximada Distância (cm) Voltagem Campo eléctrico (N/C) 1 750 749,2 1,200 0, 2 700 699,7 1,286 0, 3 650 649,3 1,386 0, 4 600 599,8 1,502 0, 5 550 549,5 1,640 0, 6 500 500 1,800 0, 7 450 449,6 2,008 0, 8 400 399,3 2,253 0, 9 350 351,2 2,578 0, 10 300 299,8 3,004 1,
Tabela II: Medição do potencial eléctrico da carga negativa. Nº Distância aproximada Distância (cm) Voltagem (V) Campo eléctrico (N/C) 1 750 750 - 1,200 0, 2 700 700,4 - 1,284 0, 3 650 650,2 - 1,389 0, 4 600 599,8 - 1,502 0, 5 550 550,3 - 1,638 0, 6 500 499,1 - 1,812 0, 7 450 449,6 - 2,012 0, 8 400 400,1 - 2,268 0, 9 350 349,8 - 2,591 0, 10 300 300,3 - 3,012 1, Tabela III: Medição do potencial eléctrico da carga positiva e negativa. Nº Distância (cm) Potencial ddp(V) Calculado Campo eléctrico (N/C) +1nC - 1nC 1 750 1,200 - 1,200 2,400 0, 2 700 1,286 - 1,284 2,570 0. 3 650 1,386 - 1,389 2,775 0, 4 600 1,502 - 1,502 3,004 0 , 5 550 1,640 - 1,638 3,278 0, 6 500 1,800 - 1,812 3,612 0, 7 450 2,008 - 2,012 4,020 0 , 8 400 2,253 - 2,268 4,521 1,13 0 9 350 2,578 - 2,591 5,169 1,47 7 10 300 3,004 - 3,012 6 , 016 2,
Figura 6: gráfico do campo eléctrico em função da distância da tabela 1. Figura 7: gráfico do potencial em função da distância da tabela 2.
Figura 8: gráfico do campo eléctrico em função da distância da tabela 2. Figura 9: gráfico do potencial em função da distância da tabela 3.