A Física III

1 - Introdução 

Um campo elétrico assim como um campo gravitacional é um campo de forças, ou seja, é a influência que uma ou mais cargas elétricas tem sobre o espaço ou outras cargas, esse campo atua de forma particular, suas linhas de força saem da carga positiva e se direcionam para a carga negativa. São inumeráveis a quantidade de aplicações na física moderna relativa a um campo elétrico.

O campo elétrico é o campo de força provocado pela ação de cargas elétricas (elétrons, prótons ou íons), ou por sistemas delas. Cargas elétricas colocadas num campo elétrico estão sujeitas à ação de forças elétricas de atração e repulsão.

De forma geral, o campo elétrico pode ser dado pela interação das forças de todas as cargas de uma forma geométrica composta por N cargas em um ponto alvo. Uma forma de distribuição de carga usual são duas placas condutora carregadas com sinais opostos colocadas à uma distância D, o campo dessa distribuição geométrica é relacionado à quantidade de carga por unidade de área σ e pela permissividade no vácuo.

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Figura 1: Tensão elétrica entre os pontos.

A equação usada para se calcular a intensidade do vetor campo elétrico (E) é dada pela relação entre a força elétrica (F) e a carga de prova (q):

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Unidade no Sistema Internacional de Unidades:

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Onde N é a unidade de força (Newton) e C a unidade de carga (Coulomb).

2 - Objetivo

Campo elétrico é um vetor que estudamos a direção, sentido e intensidade do campo.

A finalidade do experimento é demonstrar visualmente as linhas de campo elétrico determinado as superfícies equipotenciais, que são perpendiculares às linhas de força. Objetiva-se mapear pontos de mesmo potencial, para obtermos linhas de superfície equipotenciais. Em seguida achar as linhas de campo elétrico traçando retas paralelas às encontradas durante o experimento. Também interpretar onde a intensidade do campo se apresenta com maior ou menor intensidade.

3 - Materiais Utilizados

1 Cuba projetável com escala;

1 Escala projetável;

2 Eletrodos retos;

1 Conexão de fios com pinos banana/jacaré;

1 Fonte de alimentação de corrente continua;

1 Voltímetro ajustado para um fundo de escala de 20V;

Solução salina;

Papel, lápis e calculadora.

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Figura 2: Erlenmeyer com Sal.

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Figura 3: Fonte de alimentação de corrente continua.

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Figura 4: Cuba projetável com escala e Eletrodos retos.

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Figura 5: Voltímetro ajustado para um fundo de escala de 20V com Conexão de fios com pinos banana/jacaré.

4 - Procedimentos Experimentais

1. Verta a solução salina na cuba;
2. Posicione a cuba sobre a escala;
3. Posicione paralelamente os eletrodos no interior da cuba;
4. Conecte os pinos banana/jacaré na fonte e eletrodos;
5. Ligue o voltímetro;
6. Ligue a fonte de alimentação;
7. Meca a d.d.p entre os eletrodos;
8. Meca a d.d.p entre um dos eletrodos e vários pontos que estão na região entre os eletrodos, organize-os numa tabela de distância x d.d.p.
9. Meca a d.d.p entre dois pontos que estão alinhados e que formam uma reta paralela aos eletrodos;
10. Faça um gráfico d.d.p x distancia em papel milímetro;
11. Determine a equação da curva obtida no gráfico.

1. - Questões

1. - Por que dizemos que o campo elétrico e um campo conservativo?

Porque ao fazer uma analogia entre o campo elétrico e o campo gravitacional. Ao redor de um planeta, existe um campo gravitacional devido, sua massa, análogo ao campo elétrico que existe em torno de uma esfera eletrizada. Uma analogia entre as grandezas físicas de massa e carga elétrica, como sendo responsáveis por gerar o campo gravitacional e elétrico respectivamente.

Para definir, matematicamente, o campo elétrico é necessário definirmos uma grandeza física que o represente. Esta grandeza é o vetor campo elétrico. Considerando a definição do vetor campo elétrico.

A força (F), à qual a carga (q) fica submetida será atrativa ou repulsiva, dependendo do sinal de (q).

A direção do vetor campo elétrico terá a mesma direção da reta que une o ponto considerado e a carga de geradora (Q). Já o sentido do vetor campo elétrico, depende do sinal da carga geradora (Q).

O campo elétrico gerado por uma carga elétrica (Q) positiva é de afastamento e, o campo elétrico gerado por uma carga elétrica (Q) negativa é de aproximação. O sentido do campo elétrico independe do sinal da carga (q) que sofre a ação da força (F).

Sendo assim podemos concluir que é um campo cujo rotacional é nulo. Também é dito que o campo é irrotacional. Exemplo de campo conservativo: o campo gravitacional. O campo Colombiano é outro exemplo de campo conservativo.

O trabalho realizado sobre uma partícula de prova por um campo conservativo independe da trajetória da partícula. Exemplo: o trabalho para deslocar uma massa sob o efeito de um campo gravitacional de um ponto A até B independe da trajetória de A até B: depende apenas da distância entre A e B.

Exemplo de força não-conservativa: a força de atrito. Outras forças: de contato, de tensão, de compressão, de arrasto.

Mas isto não significa que se o rotacional do campo é nulo o campo será conservativo. 

1. - Cite três propriedades das linhas de forca de um campo elétrico?

As cargas de prova positivas se encontram em movimento dentro de um campo elétrico. A partir da trajetória dessas cargas, traçam-se linhas que são denominadas linhas de força, que têm as seguintes propriedades:

1. Saem de cargas positivas e chegam até as cargas negativas;

2. As linhas são tangenciadas pelo campo elétrico;