UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL II

(CAMPO ELÉTRICO)

HEDHIO LUIZ FRANCISCO DA LUZ – RA: 29148

JOSÉ EDUARDO PADILHA DE SOUSA – RA: 29149

ROBERTO ROSSATO – RA: 29158

FÍSICA

FÍSICA EXPERIMENTAL II – TURMA: 31

MARINGÁ

SETEMBRO DE 2003

RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL II 2

CAMPO ELÉTRICO

1 - RESUMO

Neste experimento vamos traçar as equipotenciais de um campo elétrico, em

uma cuba eletrolítica e determinar o campo elétrico, em módulo, direção e sentido,

devido a algumas distribuições de cargas elétricas, em seguida analisaremos o potencial

e o campo no interior de um anel metálico, isolado.

2 - INTRODUÇÃO

Um meio de explicar a força eletrolítica entre cargas é supor que cada carga

cria um campo elétrico no espaço ao seu redor. A força eletrostática exercida sobre

qualquer uma das cargas deve-se, portanto, ao campo elétrico criado no local da carga

considerada por todas as outras cargas.

Entre as muitas conseqüências práticas do conceito de campo eletromagnético,

citamos a invenção do rádio, o desenvolvimento do radar, da televisão e do forno

microondas, e um conhecimento amplo de um grande número de dispositivos

eletromagnéticos, tais como, motores, geradores e transformadores.

3 - TEORIA

Suponhamos que se fixe, num determinado ponto, uma partícula com carga

positiva , e, a seguir, coloquemos em suas proximidades uma segunda partícula

também positivamente carregada, . De acorda com a lei de Coulomb, sabemos que

exerce uma força eletrostática repulsiva sobre , e, com dados suficientes poderíamos

determinar o módulo, a direção e o sentido dessa força. O campo elétrico é a forma de

que a partícula sente a presença de .

RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL II 3

Em qualquer ponto P desse espaço, o campo tem módulo, direção e sentido. O

módulo depende do módulo de q1 e da distancia entre P e q1. A direção e o sentido

dependem da direção da reta que passa por e P e do sinal elétrico de . Assim,

quando colocarmos no ponto P, interage com através do campo elétrico

existente em P.

O campo elétrico é definido, em qualquer ponto, em termos da força

eletrostática que seria exercida sobre uma carga teste positiva colocada naquele

ponto:

(1)

O campo elétrico é um campo vetorial: ele consiste em uma distribuição de

vetores, um para cada ponto na região ao redor de um objeto carregado, ou seja, para

definir o campo elétrico em alguma região, devemos medi-lo em todos os pontos da

região.

LINHAS DO CAMPO ELÉTRICO

A relação entre as linhas do campo e os vetores campos elétricos é a seguinte:

Em qualquer ponto, a direção de uma linha retilínea do campo ou da

direção da tangente a uma linha curva do campo dá a direção de

naquele ponto.

As linhas do campo são desenhadas de modo que o número de linhas

por unidade de área de um plano perpendicular às linhas seja

proporcional ao módulo de .

Assim sendo, nas regiões em que as linhas são próximas, é grande, e

nas regiões em que elas estão afastadas, é pequeno.

As linhas do campo elétrico se entendem apontando para fora de uma

carga positiva e para dentro de uma carga negativa.

RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL II 4

CAMPO CRIADO POR UMA CARGA PUNTIFORME

O módulo do campo elétrico criado por uma carga puntiforme q0 a uma

distancia r da carga vale:

(2)

O campo elétrico aponta radialmente para fora da carga puntiforme se ela

for positiva e radialmente para dentro se ela for negativa.

CAMPO CRIADO POR UMA CHAPA INFINITA CONDUTORA

O módulo do campo elétrico criado por uma chapa condutora com uma

densidade de carga constante vale:

(3)

O campo elétrico é perpendicular ao plano da chapa e aponta para fora da

chapa se ela for positiva e para dentro se ela for negativa.

CAMPO DENTRO DE UM CONDUTOR ISOLADO

Qualquer carga colocada em um condutor isolado se moverá inteiramente para a

superfície do mesmo. Nenhum excesso de carga será encontrado dentro do condutor ou

sobre uma cavidade interna. Portanto, o módulo do campo elétrico dentro desse

condutor é , e o campo resultante na superfície do condutor é perpendicular a ele.

4 - PARTE EXPERIMENTAL

RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL II 5

Para esta experiência foram utilizadas placas metálicas, um anel metálico, uma

cuba de vidro, papel milimetrado, um pouco de água, cabos de ligação, uma fonte de

alimentação DC variável com precisão de ± 0,1V da marca DAWER, um multímetro

digital marca Minipa modelo ET-1502, caneta, caderno e calculadora.

Foram montadas três configurações diferentes para a cuba eletrolítica,

conforme a Figura 1, e com a fonte foram polarizados os eletrodos e as placas

metálicas.

Figura 1 – Configurações da Cuba Eletrolítica

Na primeira parte colocou-se água na cuba de vidro, duas placas metálicas

foram suspensas pela borda da cuba e dois eletrodos foram colocados em contado com a

água. A fonte foi ligada e ajustada para 22V entre as placas e, conseqüentemente, entre

os eletrodos. Ligou-se o cabo comum do multímetro ao polarizador negativo, e com a

ponta positiva mediu-se o potencial nos diversos pontos do papel milimetrado colocado

abaixo da cuba (de A1 até P16).

Na segunda parte retiraram-se as duas placas metálicas, e mergulharam-se

outros suportes metálicos diretamente na água. A fonte foi ligada e ajustada para 25V

entre as placas. Ligou-se o cabo comum do multímetro a placa polarizada negativa, e

com a ponta positiva mediu-se o potencial nos diversos pontos do papel milimetrado

colocado abaixo da cuba (de A1 até H8).

RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL II 6

Na terceira parte acrescentou-se um anel metálico no centro da cuba e com

o multímetro mediu-se o potencial nos diversos pontos do papel milimetrado colocado

abaixo da cuba (de A1 até P16).

5 - APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

As tabelas a seguir mostram os valores dos potenciais medidos durante a

experiência. Na primeira parte a fonte foi ajustada para 22V, já para as duas últimas ela

foi ajustada para 25V.

Note que, com as medidas dos potenciais, foi possível determinar as

superfícies eqüipotenciais e, com isso, determinar o campo elétrico formado pelas

cargas. As linhas eqüipotenciais foram esboçadas sobre a Figura 2.

Tabela 1 – Medidas do Potencial, em Volts(V), da Primeira Parte

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Tabela 2 – Medidas do Potencial, em Volts(V), da Segunda Parte

Tabela 3 – Medidas do Potencial, em Volts(V), da Terceira Parte

A Figura 2 representa um esboço das superfícies eqüipotenciais traçadas de

acordo com os dados colhidos no experimento. Como as linhas do campo elétrico são

perpendiculares às linhas eqüipotenciais, da para se ter uma idéia de como são as linhas

de campo no experimento.

Figura 2 – Esboço das Superfícies Eqüipotenciais

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6 - DISCUSSÃO E CONCLUSÃO

Durante a experiência conseguiu-se demonstrar o campo elétrico com sucesso,

conforme previa a teoria exposta para cargas puntiformes e chapas condutoras.

Observando-se que as linhas de forças são perpendiculares às superfícies eqüipotenciais.

Na primeira parte, no caso das pontas metálicas que estavam parcialmente

imersas, as superfícies eqüipotenciais nos mostram semicírculos.

Na segunda parte, no caso das placas paralelas, as superfícies eqüipotenciais

são linhas retas paralelas as placas.

Quando introduzido um anel condutor em um campo elétrico uniforme

produzido por placas paralelas, verificamos que há uma indução de cargas na superfície

deste anel, e que no seu interior surgirá um campo de módulo igual e sentido opostos,

ao campo produzido pelas placas, portanto igual a zero. Por isso observamos que o

potencial no interior do anel deve ser constante. Embora no experimento o potencial

dentro do anel não fosse constante, ele ficou muito próximo disso, variando de menos

de um volt a uma distância de seis centímetros.

Observamos também, que as superfícies eqüipotenciais após a introdução do

anel passaram de linhas retas para curvas, isto também foi previsto, já que o campo deve

ficar perpendicular à superfície condutora. Ou seja, as superfícies eqüipotenciais devem

ser paralelas ao anel condutor. Observa-se essa tendência na Figura 2.

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7 - OUTRAS FONTES DE CONSULTA

1 HALLIDAY, D., RESNICK, R. Fundamentos de Física 3. Rio de Janeiro: LTC,

1991, 300p.

2 ANDREY, J. M. Eletrônica básica : teoria e prática. São Paulo: Rideel, 1999,

425p.

8 - OUTRAS FONTES DE CONSULTA

1 http://www.fisica.ufmg.br

2 http://www.fisica.ufc.br

3 http://www.fis.uc.pt

4 http://www.if.ufrj.br

5 http://www.if.sc.usp.br

6 http://www.if.ufrgs.br

7 http://www.fisica.ufsc.br

8 http://www.dfi.uem.br

9 http://webfis.df.ibilce.unesp.br/cdf

10 http://www.ifi.unicamp.br

11 http://www.if.usp.br