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Relatorio Campo Eletrico física 3
Tipologia: Notas de estudo
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Prof. Dr. Fernando Rogério de Paula
Relatório 4: Campo Elétrico
Igor Feliciani Merizzio R.A.: 171050444 José Mariano Lima Garcia R.A.: 171051327
Relatório 4: Campo Elétrico
Relatório da disciplina de Laboratório de Física III ministrado na Universi- dade Estadual Paulista, campus de Ilha Solteira, para o curso de Engenharia Mecânica.
Estudar as configurações das linhas de campo elétrico e de equipotencial para diversos arranjos e formatos de eletrodos.
O experimento tem o intuito de demonstrar o campo elétrico gerado por duas barras, dois anéis metálicos pequenos, um anel metálico grande e pela associação entre eles. Assim, em uma cuba com água, imergiu-se pares dos objetos (duas barras, dois anéis e um de cada) ligados a uma fonte ajustável em (10,050 ± 0,001) V. Dessa forma, com a ajuda de um multímetro em paralelo com o sistema, foi possível demonstrar o campo elétrico gerado pelos referidos objetos a partir das superfícies equipotenciais aferidas. Logo, para a associação de duas barras, obteve-se superfícies equipotenciais paralelas às barras, como era de se esperar. Para a associação de uma barra e um anel, as equipotenciais formavam um semi-circulo próximo ao anel e iam linearizando-se conforme se aproximavam da barra. Para a associação de dos anéis pequenos, as superfícies equipotenciais iam de um semi-circulo de cada anel para uma reta no meio deles. Enfim, para a associação do anel de maior diâmetro e um anel de menor diâmetro as superfícies equipotenciais foram anéis concêntricos entre o anel de menor e o de maior diâmetro. A parte interna e externa a isso manteve um potencial constante.
E como a definiçao de trabalho é:
Wif =
∫ F^ ~ · d~s (3.7)
Portanto, juntando as equações 4, 7 e 5 chegamos a equação que relaciona diferença de potencial com campo elétrico:
Vf − Vi = −
∫ (^) f i E^ ~ · d~s (3.8)
Para a realização do experimento foi necessário os itens que se encontram listados a seguir:
Com os itens em mãos pôde-se dar início ao experimento. Primeiro, as peças foram colocadas em cima de um papel milimetrado e um molde de onde cada uma deveria ficar foi desenhado no mesmo papel. Em seguida, encheu-se a cuba com água e abaixo dela o papel "molde"foi colocado, a fim de ajustar-se os anéis e as barras corretamente, além de proporcionar um posicionamento correto durante o aferimento das equipotenciais. Logo depois, regulou-se a fonte de tensão ajustável em (10,050 ± 0,001) V. Para a primeira parte, duas associações foram feitas: Duas barras e uma barra e um anel. Para isso, os objetos foram colocados na cuba e cada um do par ligado à fonte. Nas imagens de 5 a 9 os desenhos em azul representam a conexão com o cabo preto, os desenhos em vermelho, a conexão com o cabo vermelho. A ponteira positiva do multímetro foi ligada à fonte e a negativa foi usada para medir as equipotenciais. A imagem 1 demonstra o primeiro esquema e a imagem 2 mostra o segundo.
Figura 1 – Primeiro arranjo
Fonte: Próprio Autor
Figura 4 – Quarto arranjo
Fonte: Próprio Autor
Para os quatro casos foram feitos gráficos das superfícies equipotenciais que estão anexados ao relatório. A figura 5, demonstra o papel molde no qual tomou-se por referência para o aferimento das equipotenciais, onde foi desenhado as localizações das barras e anéis.
Figura 5 - Papel molde
O experimento consistiu em encontrar os pontos equipotenciais de vários objetos condutores, como, por exemplo, duas barras, uma barra e um anel, dois anéis, todos espaçados a aproximadamente 20 cm de distancia entre si. E, por último, um anel envolto ou outro anel maior. Os espaçamentos, com precisão, podem ser observados na Figura
No experimento em que foram utilizados uma barra e um anel pode-se visualizar alguns pontos e linhas equipotenciais na Figura 7. Nela, observa-se que nos pontos próximos ao anel as equipotenciais são encontradas em forma de meia lua e vão linearizando-se ao se aproximarem da barra. Como sabemos, no anel o campo gerado tem formação radial, e o campo gerado pela barra é linear, o que forma o campo elétrico nesse formato característico.
Figura 7 - Gráfico das equipotenciais da associação Barra-Anel
Ao posicionar os dois aros distantes entre si é possível encontrar os pontos equi- potenciais utilizando o multímetro da mesma forma como feito anteriormente. As linhas equipotenciais traçadas através dos pontos podem ser observadas na Figura 8. Essas, próximas de cada aro apresentam novamente um semicírculo e ao distanciar-se deles e aproximar-se da metade da distância entre eles as linhas vão se linearizando. Isso ocorre, pois, as linhas de campo elétrico vão se tornando paralelas ao se aproximar do meio da distância entre os aros.
Figura 8 - Gráfico das equipotenciais da associação Anel-Anel
É sábio constatar a eficácia do experimento para a visualização dos campos elétricos de cada caso. Como percebe-se, a teoria foi comprovada experimentalmente na medida que o campo elétrico entre duas placas foi paralelo e uniforme, já que os pontos equipotenciais se encontram sempre a uma mesma distância da barra. O campo elétrico entre os dois aros pode ser assemelhado, a uma certa distância, a duas cargas puntiformes de sinais diferentes. Onde, o campo sai do aro com (10,050 ± 0,001)V e vai para o aro com 0 V, o que gera o campo no formato observado característico de duas cargas.
O uso do multímetro foi essencial para realizar a medida das diferenças de potencial. Observou-se curiosamente que ao realizar a medida da ddp próxima a placa que recebia a tensão a ddp foi próxima a zero, enquanto que a medida próxima a placa com potencial nulo a diferença de potencial foi próxima a 10 V. O mesmo ocorreu para os aros.
Uma observação pertinente, e comprovada experimentalmente, é o fato de que nas regiões não entre as placas ou aros, assim como dentro dos aros, não há campo elétrico resultante e toda a região apresenta um mesmo potencial. Na ultima etapa do experimento, dos aros com tamanhos diferentes, esse fato pode ser emblematicamente comprovado, observando que independente da distancia do aro maior todos os pontos fora do seu raio possuíam o mesmo potencial (9,997 ± 0,001)V.
[1] HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física 3 Eletromagnetismo. 6. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, c2009 vol 3;
