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Documento que descreve um experimento realizado na universidade estadual de santa cruz pelo departamento de ciências exatas e tecnologia, onde se estudou o campo elétrico estático e a medida do potencial elétrico em diferentes objetos, como discos de alumínio, disco de cobre e réguas metálicas. A introdução teórica sobre o campo elétrico estático, sua importância e características, além de descrever o procedimento experimental, materiais utilizados e resultados obtidos.
Tipologia: Trabalhos
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FISÍCA EXPERIMENTAL III (P-13) – Orlando José Katime EXPERIMENTO 2: POTENCIAL ELÉTRICO E CAMPO ELETROSTÁTICO GEANE BATISTA DOS SANTOS (201710734) IGOR DE JESUS SANTOS (201810664) VIRGÍLIO DOS REIS COSTA (201911412) BRUNA BISPO DA SILVA (201911009) ILHÉUS – BA 2022
A eletrostática é o campo da física responsável pelo estudo das cargas elétricas, independentemente do seu movimento. A mesma lida com as propriedades e o comportamento de cargas elétricas, como eletricidade, campos e potenciais elétricos. Compreender os conceitos de campo elétrico e potencial é de fundamental importância para o estudo da eletrostática. O conceito de campo elétrico parte do princípio de que toda carga (independentemente de seu sinal) afeta o espaço ao seu redor. Ao aproximarmos uma carga da outra, inserimos uma carga no campo elétrico da outra, fazendo com que interajam. Se considerarmos um objeto cuja superfície externa é feita de um material condutor (como um metal), os elétrons nessa superfície sempre se repelem, de modo que a distribuição de carga torna o campo elétrico dentro dele zero. Este fenômeno é chamado de blindagem eletrostática. Algumas características sobre o campo eletrostático: ● Não é força ● Tem natureza vetorial ● É produzido por cargas elétricas. ● Existe em todos os pontos do espaço para qualquer tempo t. ● Mede-se a sua existência com auxílio de uma carga teste. ● A direção do campo eletrostático é definido pelo sinal da carga líquida que o produz. ● A direção da força eletrostática pode ter ou não o mesmo sentido do campo eletrostático. Por fim, dentro de campo elétrico podem ser observadas as superfícies equipotenciais, tratam-se de superfícies de um campo elétrico, onde todos apresentam o mesmo potencial elétrico, ou seja, suas linhas de força são sempre perpendiculares à sua superfície. Outro conceito de relevância no âmbito da eletricidade é o potencial elétrico, trata-se de uma grandeza física escalar que mede o trabalho realizado pela eletricidade para mover uma carga de um ponto para outro. É mais comum encontrar o termo diferença de potencial elétrico ou tensão, que nada mais é do que a diferença entre dois potenciais elétricos. Assim, toda carga localizada dentro de um campo elétrico tem energia potencial (Ep) relacionada à sua posição dentro desse campo elétrico. Se considerarmos um ponto no campo elétrico, podemos calcular quanta energia uma carga de Coulomb pode armazenar naquele ponto. Esta grandeza física escalar é medida em volts (V), o que é equivalente a joules por coulomb (J/C) em unidades SI.
Fig. 2 – Ilustração do circuito experimental montado. A instalação do circuito substituindo a fonte de tensão pelo disjuntor/interruptor permaneceram as mesmas, diferindo apenas na fonte de tensão(Fig 3). Fig. 3 - Instalação com o disjuntor. Em seguida ligou-se a fonte de tensão em 10V, e realizou as seguintes medições: a tensão em cada objeto, em suas proximidades, dentro, na região central da cuba e nos pontos extremos. Além disso, repetiu o procedimento invertendo a fonte de tensão para o disjuntor e validando os mesmos critérios.
Este mesmo processo experimental será replicado usando os anéis de cobre e uma régua metálica. Vale salientar que antes, foi realizado o teste das ponteiras verificando que não estava medindo nenhum diferencial de potência residual e replicado a cada troca de material de medição (Fig 4). Fig. 4 - Teste com as ponteiras. PROCEDIMENTOS DE ACORDO AOS MATERIAIS Discos de Alumínio Ao realizar as medições, verificou-se que tocando nos objetos, obtinha-se uma potência média de 5V no polo positivo e no negativo 0V, percebeu-se que nas proximidades, dentro do objeto e nas extremidades da cuba, os valores tendiam a se aproximar dos valores medidos no polo, ou seja, para o lado do polo positivo valores próximos a 5V e no lado do polo negativo, valores próximos a 0V. Para a região central foi obtido o valor de 3.32V (Fig. 5).
Fig 6. - Valores medidos de acordo aos parâmetros de medição utilizando disjuntor. Tocando no polo positivo Tocando no polo negativo Medição na região central da cuba. Disco de Cobre Ao realizar as medições, verificou-se que tocando nos objetos, obtinha-se uma potência média de 4,94V no polo positivo e no negativo 0V, percebeu-se que nas proximidades, dentro do objeto e nas extremidades da cuba, os valores tendiam a se aproximar dos valores medidos no polo, ou seja, para o lado do polo positivo valores próximos a 5V e no lado do polo negativo, valores próximos a 0V. Para região central foi obtido o valor de 2,73V (Fig. 7).
Fig 7. - Valores medidos de acordo aos parâmetros de medição. Tocando no polo positivo Tocando no polo negativo Medição na região central da cuba. Percebeu-se que ao trocar a fonte de tensão pelo disjuntor, o comportamento descrito anteriormente repetiu-se com valores próximos. Réguas Metálicas Analogamente aos comportamentos já apresentados, os valores medidos se mostraram similares. Para a região central foi obtido o valor de 3,37V, e utilizando o disjuntor os valores também se mostram compatíveis com o comportamento já descrito(Fig. 8).
Referências PORTAL SÃO FRANCISCO. Campo Eletrostático. Disponível em: https://www.portalsaofrancisco.com.br/fisica/campo-eletrostatico#:~:text=Um% 0campo%20eletrost%C3%A1tico%20%C3%A9%20um,em%20rela%C3%A7% C3%A3o%20ao%20ambi%20ente%20circundante.. Acesso em: 21 set. 2022. HELERBROCK, Rafael. "Potencial elétrico"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/potencial-eletrico-v.htm. Acesso em 23 de setembro de 2022. ANJOS, Talita Alves dos. "Superfícies Equipotenciais"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/superficies-equipotenciais.htm. Acesso em 23 de setembro de 2022.
