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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
LABORATÓRIO DE FÍSICA III
CAMPO ELÉTRICO
ACADÊMICOS:
LUCAS MAXIMIANO RA: 105535
PEDRO HENRIQUE BARBOSA PONTALTI RA: 104235
RHUAN ZAMPAR NEVES RA: 103836
TURMA: PROFESSOR:
ENGENHARIA MECÂNICA/7235 MARCELO SANDRINI
MARINGÁ – PARANÁ
Sumário
Resumo ......................................................................................................................... 03
Introdução..................................................................................................................... 04
Procedimentos............................................................................................................... 05
Resultados e discussão.................................................................................................. 09
Conclusão...................................................................................................................... 15
Referências.................................................................................................................... 16
RESUMO
Neste experimento foi estudado as características do campo elétrico, bem como as superfícies equipotenciais dentro de um campo. Para isso, foram montados sistemas conectados a uma fonte de tensão alternada com cargas pontuais, com placas condutoras e ainda analisada a interferência de um condutor circular no campo formado por placas paralelas. Foi utilizado uma cuba de vidro com água em seu interior como meio para a propagação das cargas e um multímetro para calibrar a fonte e medir os valores de potencial elétrico. Por fim, analisou-se o comportamento do campo e dos potenciais elétricos em cada sistema montado. Todos os resultados observados foram organizados em gráficos e tabelas para facilitar o entendimento.
1 - INTRODUÇÃO
Uma carga presente no espaço é capaz de gerar uma força em qualquer carga que esteja em um determinado ponto desse espaço, ou seja, essa carga gera um campo elétrico que é definido como:
(eq.1)
O vetor do campo elétrico é tangente e possui o mesmo sentido das linhas de força em qualquer ponto observado.
Figura 1 : Esquema representativo das linhas de campo.
Outra forma de caracterizar o campo elétrico e descrever suas propriedades é através do potencial. O potencial V em qualquer ponto do espaço terá relação com o campo elétrico , através da seguinte equação:
(eq.2)
Partindo dessa ideia é possível analisar que o campo elétrico tem sentido do maior potencial para o menor, apontando na direção de maior variação deste potencial.
Pode-se definir o módulo desse campo elétrico em um ponto qualquer como:
na cuba, determinando o valor do ΔV máximo e anotando a posição espacial
no plano xy das pontas quando em tal situação na tabela 2.
Figura 2 - Sistema para a configuração do dipolo elétrico [3].
Figura 3 - Representação da cuba com as pontas metálicas.
II. Campo elétrico entre placas paralelas
11. As pontas metálicas foram substituídas por duas placas metálicas, no entanto,
organizadas horizontalmente;
12. Com fitas, foram fixadas as placas à cuba de vidro, de modo que ficassem
paralelas, com uma distância de 15cm entre elas;
13. A cuba foi preenchida novamente com água até que as placas estivessem em
contato com ela;
14. Com a fonte já configurada como senoidal, a 70Hz e tensão alternada de 5V,
foi conectado um fio positivo e outro negativo, da fonte à cada uma das
placas, com o auxílio de “jacarés”;
15. Na placa negativa, foi conectado um voltímetro da mesma forma que no item
anterior, com um fio de ponta tipo agulha saindo da parte positiva;
16. Foram escolhidos 3 valores de potenciais diferentes na malha milimetrada e,
para cada valor, foram encontrados 3 pontos equipotenciais, a fim de
representar as linhas equipotenciais, as posições desses pontos foram anotadas
na tabela 3.
Figura 4 - Sistema para a configuração das placas paralelas.
Figura 5 - Representação da cuba com as placas paralelas.
Figura 7 - Representação da cuba com o anel e as placas metálicas.
3- RESULTADOS E DISCUSSÃO
I. Campo elétrico devido a um dipolo elétrico
Tabela 1 - Dados obtidos para as superfícies equipotenciais em um dipolo elétrico.
V 1 = 2,34 ± 0,01 V V 2 = 2,50 ± 0,01 V V 3 = 2,70 ± 0,01 V V 4 = 2,73 ± 0,01 V
x(cm) y(cm) x(cm) y(cm) x(cm) y(cm) x(cm) y(cm) 7,50 ± 0,
V 5 = 2,14 ± 0,01 V V 6 = 1,93 ± 0,01 V V 7 = 1,74 ± 0,01 V
x(cm) y(cm) x(cm) y(cm) x(cm) y(cm) 9,00 ± 0,05 7,50 ± 0,05 10,50 ± 0,05 7,50 ± 0,05 12,00 ± 0,05 7,50 ± 0, 9,00 ± 0,05 10,50 ± 0,05 11,00 ± 0,05 10,50 ± 0,05 12,00 ± 0,05 9,00 ± 0, 9,00 ± 0,05 13,00 ± 0,05 11,50 ± 0,05 12,50 ± 0,05 13,50 ± 0,05 12,50 ± 0, 9,50 ± 0,05 14,50 ± 0,05 12,00 ± 0,05 14,50 ± 0,05 14,50 ± 0,05 13,50 ± 0, 9,00 ± 0,05 4,00 ± 0,05 11,00 ± 0,05 4,00 ± 0,05 14,00 ± 0,05 2,00 ± 0, 9,50 ± 0,05 2,50 ± 0,05 11,50 ± 0,05 2,00 ± 0,05 13,00 ± 0,05 4,00 ± 0, 9,00 ± 0,05 4,00 ± 0,05 12,00 ± 0,05 0,00 ± 0,05 12,50 ± 0,05 5,00 ± 0,
Tabela 2 - Dados para medidas com as duas pontas de prova.
(x1; y 1 ) (cm) (x2; y 2 ) (cm) (^) ΔVmax (V) C (2,40 ± 0,05 ; 11,80 ± 0,05) (3,30 ± 0,05 ; 12,30 ± 0,05) 0,111 ± 0, D (3,40 ± 0,05 ; 7,50 ± 0,05) (4,40 ± 0,05 ; 7,50 ± 0,05) 0,165 ± 0, E (11,50 ± 0,05 ; 12,00 ± 0,05) (12,40 ± 0,05 ; 11,80 ± 0,05) 0,106 ± 0,
Discussão dos resultados obtidos:
I. Campo elétrico devido a um dipolo elétrico
Através dos dados obtidos na Tabela 1 é possível plotar um gráfico das posições
de cada ponto em y e x, obtendo o seguinte gráfico:
Figura 8: Gráfico das superfícies equipotenciais juntamente com a direção do campo elétrico (pontos ligados por uma reta) nos ponto C, D e E.
Este gráfico representa a relação entre as superfícies equipotenciais e as linhas de força do campo elétrico, sendo possível observar que o ângulo formado entre elas é de noventa graus, ou seja, elas são perpendiculares. Para realizar o cálculo do módulo do campo elétrico para os pontos C, D e E será necessário utilizar a fórmula:
(eq.3)
Onde ΔV é a variação máxima do potencial elétrico e d é a distância entre as duas pontas de prova, sendo que tais dados foram obtidos na Tabela 2. Como tal valor é obtido de forma indireta é preciso realizar o cálculo para determinar o seu respectivo desvio, sendo assim, a equação do desvio para o módulo do campo elétrico é da forma: (eq. 4)
Substituindo os valores na equação 3 e depois calculando os desvios na equação 4, obtém-se o valor do campo elétrico para o ponto C com o módulo de (11,1 ± 0,7 V/m). Para o ponto D com o módulo de (16,5 ± 0,9 V/m) e para o ponto E com o módulo de (10,6 ± 0,6 V/ m).
II. Campo elétrico entre placas paralelas.
Com os dados da tabela 3, pode-se plotar um gráfico representando a disposição
dos pontos encontrados na malha. Encontrando o seguinte resultado:
placas forma-se um campo elétrico uniforme, sendo assim, com linhas de campo verticais, como as linhas equipotenciais são perpendiculares às linhas de campo, tem-se a formação de uma superfície horizontal. Com a equação 3 e 4, podemos calcular os valores do campo elétrico em cada superfície analisada, bem como do campo gerado entre as placas e comprovar se realmente são os mesmos valores e assim o campo é constante.
Os valores estão muito próximos, o que indica que realmente o campo se manteve constante, como era esperado. Sabendo que as linhas de campo apontam da placa positiva para a negativa, tem-se o vetor do campo elétrico com direção vertical e sentido para cima.
III. Campo elétrico no interior e exterior de placas paralelas.
Através da tabela 4, pode-se observar que dentro do anel a voltagem se mantem
constante, isso se dá porque dentro de um material condutor o campo elétrico é nulo, e
a diferença de potencial é constante, portanto, quando coloca-se um anel feito de um
material que é um bom condutor (metal) entre as placas positivas e negativas, cria-se
uma área em que a diferença de potencial é a constante para todos os pontos (dentro do
anel), porém pela tabela observa-se que há variação, isso acontece devido ao mau
isolamento da área do anel.
Com os dados da tabela 5, é possível plotar o seguinte gráfico:
Figura 10: Gráfico das superfícies equipotenciais no exterior do anel metálico.
Pelo comportamento do gráfico, pode-se observar que as superfícies equipotenciais se curvam, como se desviassem do anel. Isso acontece porque quando o anel foi colocado, criou-se um dipolo elétrico na superfície do anel, em que o polo próximo a barra eletrizada com carga negativa se tornou um polo positivo, e o outro polo do anel, o que está mais próximo a barra eletrizada positivamente se tornou um polo negativo, e por isso exercem força de atração e repulsão nas cargas externas ao anel. Quando o anel foi colocado houve uma alteração no campo elétrico, como a superfície da placa é reta, e do anel é curva, as linhas de campo elétrico ficaram curvas, como a superfície da equipotencial tem que ser perpendicular ao campo ocorre um desvio dessas superfícies também, ficando curvas, o que explica tal comportamento do gráfico.
calcular valores do campo e sua direção, assim como a identificação de superfícies equipotenciais.
REFERÊNCIAS
[1] MODELO DE RELATÓRIO , Disponível em:< http://site.dfi.uem.br/wp-content/uploads/ 2016/10/relatorio.pdf>
[2] – A. Tipler, G. Mosca, Física para cientistas e engenheiros , Volume 2, LTC, Rio de Janeiro (2009);
[3] R4 – CAMPO ELÉTRICO , Disponível em: <https://sites.google.com/site
/sandrinidfi/turmas-1-sem-2018/eng-mecanica>
