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Relatório Física Experimental 2
Tipologia: Trabalhos
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Engenharia Civil 2017-
Física Experimental II
Turma B
Relatório técnico apresentado como requisito parcial
para obtenção de aprovação do 4º período na disciplina
Física Experimental II, no curso de Engenharia Civil,
na Universidade Federal de Uberlândia.
Pedro Henrique Fernandes Rezende - 11611ECV
Rafael Benate Gonçalves - 11611ECV
Rafaeli Ganzerla dos Santos - 11711ECV
Wirley Rodrigues Velasco - 11611ECV
Uma das áreas de estudo da física é a Eletrodinâmica, onde podemos determinar tensões elétricas, diferença de potenciais, movimento de cargas elétricas entre outras observações. No experimento coloca-se em prática o estudo de Potencial Elétrico e Campo Elétrico, verificando a existência de Superfícies Equipotenciais de mesma tensão ao longo do conjunto formado por um polo positivo e um polo negativo e aplicando sobre ele certa tensão. Essas superfícies equipotenciais fornecem as geometrias do Campo Elétrico, ou seja, uma representação no espaço da direção, sentido e intensidade das tensões ali aplicadas.
Introduzindo alguns conceitos para melhor esclarecer do que se trata o relatório, define-se Potencial Elétrico como uma grandeza escalar ou vetorial que quantifica um campo de forças em certos pontos. Grandeza Escalar ou Vetorial por ser tanto um escalar, um número, quanto um vetor, com intensidade, direção e sentido.
Campo Elétrico é definido segundo o Guia do Estudante como “o campo de força provocado pela ação de cargas elétricas, (elétrons, prótons ou íons) ou por um sistemas delas.”.
Todas as partículas possuem em seu interior cargas, elétrons – carga negativa, prótons – carga positiva e nêutrons – carga neutra, essas cargas se interagem em uma mesma partícula e também interagem uma com as outras. As cargas de mesmo sinal se repelem como mostra a Figura 1 e as de sinal oposto se atraem como na Figura 2. Assim, pode se analisar que essas interações geram forças de atração ou repulsão entre as cargas, essas forças de atração ou repulsão geram um Campo Elétrico.
Neste relatório faz se prático o estudo de Eletrodinâmica, analisando o Campo elétrico que cargas no meio, ao se introduzir tensões, geram umas nas outras, criando assim potenciais elétricos que podem ser mais claramente vistos por linhas de força, ou como usaremos a seguir, superfície equipotencial.
Figura 1: Linhas de força de Cargas de mesmo sinal
Figura 2: Linhas de Força de duas cargas com sinais diferentes
Determinar as superfícies equipotenciais e as linhas de campo elétrico para duas configurações de eletrodos.
Figura 5: Mesa XY
Para determinar as superfícies equipotenciais, foi utilizado um multímetro na função de voltímetro, conectado ao eletrodo ligado ao terminal negativo da fonte por um cabo com ponta de prova. Utilizando outro cabo conectado ao terminal VΩmA do multímetro, foi inserida a ponta de prova na água entre os dois eletrodos perpendicularmente ao fundo da cuba, anotou-se a tensão. A ponta de prova foi inserida novamente na água, com o intuito de encontrar outro ponto com a mesma tensão. O último passo foi repetido 9 vezes, obtendo-se 10 pontos, que correspondem a uma superfície equipotencial, pois possuem as mesmas tensões, adotando 0,1 V de precisão. Medindo outro valor de DDP, os procedimentos foram repetidos mais 3 vezes para os mesmos eletrodos, totalizando 40 pontos e 4 superfícies equipotenciais. Para a compreensão o comportamento de um campo elétrico, foram utilizados inicialmente dois eletrodos em forma de barra Figura 6, dispostos paralelamente a uma distância de 18 cm, os quais eram alimentados por uma fonte elétrica de tensão ajustável, que forneceu uma tensão de 10 V para o sistema, através de dois cabos e pontas de prova. Para a constatação das tensões do campo elétrico gerado pelos dois eletrodos, o sistema foi imerso em uma cuba de acrílico com fundo quadriculado contendo 500 ml de água mineral, que desempenha o papel de meio pouco condutor de energia.
Adotando outra configuração de eletrodos, um dos eletrodos planos foi substituído por um eletrodo cilíndrico, colocado a uma distância de 15 cm do eletrodo em forma de barra, como mostra a Figura 7. Com a mesma tensão de alimentação do campo elétrico, os mesmos procedimentos foram realizados, obtendo da mesma forma 40 pontos e 4 superfícies equipotenciais.
Figura 6: Disposição Eletrodos Barra/Barra
Figura 7: Configuração Eletrodos Barra/Cilindro
4.1 Barras Paralelas
Os resultados obtidos na primeira etapa do experimento são apresentados na Tabela 1, que contém as coordenadas dos pontos em que foi medida a d.d.p. (em Volts) com os esquemas apresentados no gráfico da figura? Sendo o eixo horizontal, o eixo X, e o vertical, o eixo Y.
Tabela 1. Campo magnético 1 - Dois eletrodos planos
Superfície equipotencial 2: 4,03 V ; 7 cm
Superfície equipotencial 3: 5,79 V ; 10 cm
Superfície equipotencial 4: 8,31 V ; 15 cm
Então, confeccionou-se o gráfico da Figura 8, no qual com a sua inclinação α foi possível definir o campo elétrico experimental.
Soube-se que a equação da reta que melhor se ajusta aos pontos obtidos é igual a y = 0.4956x + 0.8022. Assim, obteve-se o campo elétrico experimental:
E experimental = 0,4956 [V/cm] = α
É sabido que o campo elétrico teórico é calculado através da razão entre o campo elétrico, que no experimento foi igual a 10V, e as distâncias entre os eletrodos, que foi igual a 18cm, assim foi possível obter o valor do campo elétrico teórico.
E teórico = 0,5555 [V/cm]
O erro experimental é calculado pela razão entre a diferença do valor do campo elétrico experimental e o campo elétrico teórico pelo campo elétrico teórico. Após isso, multiplica-se o resultado por 100 a fim de encontrar o valor do erro em porcentagem. Assim, realizando-se os cálculos, o erro obtido foi de 10,78%.
Os resultados obtidos na segunda etapa do experimento são apresentados na Tabela 2, que contém as coordenadas dos pontos em que foi medida a d.d.p. (em Volts) com os esquemas apresentados no gráfico da Figura 9 Sendo o eixo horizontal, o eixo X, e o vertical, o eixo Y.
Tabela 2. Um eletrodo plano e um eletrodo cilíndrico
A Figura 9 mostra o gráfico com as superfícies equipotenciais na configuração Barra-Cilindro
Figura 9: Superfícies Equipotenciais na configuração Barra-cilindro
De acordo com os dados da tabela 2, foi possível traçar o gráfico da Figura 9, mostrando as superfícies equipotenciais dessa configuração. Superfície equipotencial 1: 1,86 V
superfície e acompanha a direção das linhas do campo., comprovando a teoria dada no laboratório.
HALLIDAY, D.; RESNICK, R. Fascia 3. 4ª. ed. Rio de Janeiro: LIVROS TECNICOS E CIENTIFICOS EDITORA, 1984. v. 3.
Conceito de Potencial. Disponível em: . Acesso em: 20 set. 2017.
GUIA DO ESTUDANTE, Redação. Resumo de física: Campo elétrico. 16 de maio de 2017. Disponível em: . Acesso em: 20 set. 2017.
GUARANY, C. Potencial Elétrico e Campo Elétrico. Uberlândia. (Apostila).
