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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE
PRÁTICA 5: CAMPO ELÉTRICO
Prof. Nildo Loiola Dias
Aluno : Francisco Jonatan de Moraes Rafael
MATRÍCULA: 514522
5.1 OBJETIVOS
- Obter experimentalmente linhas equipotenciais em diversas configurações de eletrodos; - Representar o campo elétrico a partir de linhas equipotenciais; 5.2 MATERIAL - Fonte de tensão 12 VAC; - Multímetro digital; - Cuba transparente; - Eletrodos metálicos com diversos formatos; - Base metálica; - Cabos (04); - Garras tipo jacaré (02); - Fios de cobre (sensores); - Água; - Folhas de papel quadriculado com indicação das posições dos eletrodos. 5.3 FUNDAMENTOS A presença de uma carga em uma dada região do espaço modifica o espaço em seu entorno. Esta modificação pode ser verificada colocando-se uma segunda carga, chamada “carga de prova”, positiva por convenção, que será submetida a uma força. Dizemos que no ponto onde está a carga de prova existe um campo elétrico , definido por: (5.1)
O campo elétrico pode ser visualizado através das chamadas “linhas de força”. As linhas de força são uma representação conveniente de um campo elétrico. Elas são traçadas de forma que a tangente a uma dada linha esteja na direção do campo. A intensidade do campo é indicada pela proximidade das linhas, de modo que as linhas mais próximas indicam campos mais intensos. As linhas de força sempre se originam em cargas positivas e terminam em cargas negativas (por convenção). Na Figura 5.1 estão representadas as linhas de força para duas cargas de mesma intensidade e sinais opostos. Figura 5.1 - Linhas de força para duas cargas de mesma intensidade e sinais opostos. . Fonte: https://www.significados.com.br/campo-eletrico/. Acesso em 01 de nov. 2022. Assim como para o campo gravitacional é possível determinar uma energia potencial gravitacional, também é possível determinar uma energia potencial elétrica para uma carga de prova qo cujo valor dependa somente da posição desta carga no campo elétrico. A variação ΔU na energia potencial elétrica U, de um objeto carregado quando este se move de um ponto inicial i para um ponto final f é: ΔU = Uf – Ui = - Wif (5.2) Onde Wif é o trabalho realizado pelo campo elétrico. Tomando-se a energia potencial nula no infinito, a energia potencial elétrica U do corpo num ponto é: U = - (5.3) Onde é o trabalho realizado pelo campo elétrico quando o objeto é movido do infinito para o ponto em questão.
BLINDAGEM ELETROSTÁTICA
O campo elétrico no interior de um condutor em equilíbrio eletrostático é nulo. Assim, para isolarmos um aparelho contra as influências elétricas, colocamos o mesmo dentro de um dispositivo chamado blindagem eletrostática que nada mais é do que uma superfície ou rede metálica. 5.4 PROCEDIMENTO 1- Montamos o arranjo experimental (com a fonte de tensão desligada) como indicado na Figura 5.3:
- em seguida colocamos a bandeja sobre a folha de papel quadriculado 1 (fornecida).
- Colocamos os eletrodos na bandeja como indicado no papel quadriculado.
- E conectamos os eletrodos à fonte de tensão, saída 12 V AC.
- Colocamos água na bandeja de modo a formar uma lâmina de aproximadamente 1cm de espessura. Figura 5.3 – Arranjo experimental. Fonte: o autor. 2- Ligamos a fonte de tensão.
3- Conectamos a entrada do multímetro (COM) ao terminal (sensor) fixo à base metálica. A ponta do sensor fixo foi colocada no centro do quadrado sombreado com o número 1 para que seja identificada a equipotencial que passa por 1. Depois a ponta foi colocada no quadrado sombreado de número 2, e assim por diante. 4- Conectamos a outra entrada do multímetro (V) ao terminal (sensor) móvel e com este, localizamos pontos de mesmo potencial, isto é, procuramos pontos onde a diferença de potencial seja nula (colocamos a ponta do terminal móvel sempre perpendicular à superfície do líquido). Escolhemos a escala de 60 V AC no voltímetro. Marcamos os pontos de mesmo potencial no papel quadriculado correspondente. 5- Formamos linhas equipotenciais ligando os pontos de mesmo potencial e a partir destas, traçamos as linhas de força do campo elétrico. 6- Repetimos o procedimento anterior para as outras configurações de eletrodos como indicado nas folhas fornecidas. 7- Verificação da blindagem. Repitimos o procedimento com as barras paralelas, mas desta vez colocamos um anel metálico sobre a linha tracejada como indicado no papel quadriculado correspondente. Observamos que o anel metálico “blinda” o campo elétrico (mesmo que parcialmente). 8- Inclua no seu Relatório as imagens das figuras obtidas para cada configuração, mostrando as linhas equipotenciais e as linhas de força. CONFIGURAÇÃO DAS LINHAS DE FORÇA E EQUIPOTENCIAIS PROCEDIMENTO 1 Imagem 1 – Esquema do Procedimento 1.
5.5 QUESTIONÁRIO
1- Como verificar experimentalmente se numa determinada região do espaço há um campo elétrico? Resposta: Para verificar experimentalmente se em determinada região do espaço existe campo elétrico, basta colocarmos uma carga de prova nessa região e verificamos se surgir sobre a carga a ação de uma força elétrica, se sim é porque há um campo nessa região, caso contrário não existe. 2- Como verificar experimentalmente se numa determinada região do espaço há um campo gravitacional? R: precisamos saber primeiro que a existência do campo gravitacional está ligado a de um corpo extremamente massivo e a energia potencial de diferentes pontos da região do espaço em torno desse corpo, dessa forma ao liberamos um objeto com massa, como por exemplo corpo humano, se ele se locomover é porque existe uma força gerada por um campo gravitacional 3- Duas linhas de força nunca se cruzam. Por quê?R: Essa propriedade de duas linhas de força nunca se cruzarem existe, pois em cada ponto dentro de uma região que tem campo elétrico, somente existe um vetor campo elétrico neste ponto, dessa forma e sabendo que o vetor campo elétrico é tangente a linha de força de um determinado ponto, caso duas linhas de força se cruzassem, isso geraria duas tangentes originadas de um mesmo e único ponto, o que infringe a propriedade que fala que em um ponto dentro de um campo elétrico existe somente um vetor campo elétrico 4- Duas superfícies equipotenciais diferentes podem interceptar-se? Justifique. R: Não, uma vez que as superfícies equipotenciais são perpendiculares às linhas de forças e como duas linhas de força nunca se cruzam, pode-se concluir então que as superfícies equipotenciais também não irão se cruzar. 5- Em qual das configurações desta prática foi obtido um campo elétrico aproximadamente constante? Justifique. R: A partir dos dados obtidos através dos procedimentos, a configuração que mais se aproximou de um campo elétrico uniforme, foi a configuração do PROCEDIMENTO 1, uma vez que as linhas de força nesse campo elétrico foram todas praticamente paralelas entre si e perpendiculares às superfícies equipotenciais. 6- É possível isolar uma pequena região do espaço das forças elétricas? Como? Solução: Sim, através do fenômeno de blindagem eletrostática, uma vez que o campo elétrico no interior de materiais condutores, em equilíbrio eletrostático, é igual a zero, pois os condutores reorganizam as cargas elétricas em sua superfície, desta forma o interior do condutor não terá campo elétrico, assim, se não há campo elétrico, também não terá força
