CAMPO E POTENCIAL ELETROSTÁTICOS

LABORATÓRIO DE ELETROMAGNETISMO

I Experiência –

CAMPO E POTENCIAL ELETROSTÁTICOS

Março de 2015

Objetivos

Determinar as linhas equipotenciais para algumas distribuições de cargas, relacionando-as com as linhas de força. Determinar o vetor campo elétrico E(r), a partir do potencial eletrostático V(r).

Equipamentos e Materiais Utilizados

• Gerador de Van de Graaff
• Fonte de Tensão (0 a 50V)
• Bandeja circular não graduada
• Bandeja retangular graduada
• Óleo
• Farinha de mandioca
• Eletrodos planos
• Eletrodos retos
• Eletrodos puntiformes
• Sondas Metálicas
• Voltímetros de corrente contínua
• Cabos

Introdução

Existem na natureza dois tipos de cargas denominadas: cargas positivas e cargas negativas. E quando essas cargas fixas se aproximam (sejam elas positivas ou negativas), surge entre estas uma força de atração ou repulsão. Atração para cargas de mesma natureza e repulsão para cargas de natureza diferente. Através da “força eletrostática” entre as cargas fixas podemos determina um campo eletrostático entre as mesmas.

Onde o campo elétrico pode ser dado por:

[pic 1][pic 2][pic 3]

O campo elétrico é interpretado como um agente intermediário entre as cargas. Uma carga q1  cria um campo elétrico a sua volta atuando sob uma força F1. Em contrapartida, na outra carga q2 o campo atua sob a forma de uma força  formando assim um par ação e reação.

 As linhas de força são utilizadas como um meio de visualizar os campos elétricos elas são traçadas de tal forma que o número de linhas por unidade de área de um plano perpendicular à direção das mesmas é proporcional ao módulo de E. Nas regiões em que as linhas são próximas  o módulo de E é grande, nas regiões afastadas ele é pequeno.

As linhas de força sempre se originam em cargas positivas e terminam em cargas negativas. A direção e o sentido do campo elétrico são idênticos aos da força que atua sobre a carga que o gerou. Na direção radial e para fora se a carga for positiva e de sentido contrário se a carga for negativa.

Para definirmos potencial elétrico, conceituaremos primeiro trabalho (W). Por se tratar de uma força conservativa, o trabalho que a força elétrica realiza independe do trajeto que será feito de um ponto a outro. O trabalho da força elétrica dependerá somente da carga elétrica q e dos pontos de partida e chegada.

Podemos determinar o potencial elétrico em certo ponto como sendo o somatório dos potenciais produzidos nesse mesmo ponto separadamente por cada carga (q1, q2, q3, qn). Definiremos como uma superfície equipotencial em um campo elétrico, como sendo toda a superfície, nos pontos da qual o potencial elétrico é constante.

Desenvolvimento

Parte A - Visualização das Linhas de Força

Nesta etapa iremos realizar o experimento para visualizar as linhas de campo de uma carga puntiforme eletrizada, duas cargas puntiformes de mesma natureza, duas cargas puntiformes de natureza diferentes e eletrodos planos eletrizados diferentemente.

I – Carga Puntiforme: Primeiramente iremos adotar a carga no eletrodo puntiforme como sendo positiva, para analisarmos as linhas de equipotenciais. Colocando o eletrodo puntiforme no centro da bandeja e ligando à esfera de Van de Graaff podemos observar que a carga do eletrodo produz um campo elétrico na direção radial à carga que o gera. A distribuição do campo não foi uniforme devido a imprecisões geradas pelo fato da experiência não ter sido feita sobre vácuo absoluto, além de vários outros fatores. Abaixo segue o esquema das observações feitas em laboratório.

[pic 4]

FIGURA 1: CARGAS PUNTIFORMES ELETRIZADAS POSITIVAMENTE E NEGATIVAMENTE

II – Cargas puntiformes de mesmos sinais: Na segunda montagem, onde foi colocado um segundo eletrodo puntiforme, pôde-se observar que as linhas do campo elétrico continuam radias, no entanto elas se repelem na região onde as linhas de criadas pelas cargas se encontrariam. Isto acontece porque as linhas de campo são geradas por cargas de mesma natureza, pois ambos eletrodos estão conectados ao gerador (que tem carga adotada como positiva). Nessa montagem também foi possível notar imperfeições nas linhas de campo, criadas pelo mesmo motivo citado anteriormente. Abaixo segue o esquema das observações feitas em laboratório.

[pic 5]

                     FIGURA 2: LINHAS DE CAMPOS SENDO REPELIDAS

III – Cargas puntiformes de sinais diferentes: Na terceira montagem, desconectamos um dos eletrodos do gerador e conectamos no potencial terra. Desta maneira teremos duas cargas puntiformes, mas de naturezas diferentes (uma negativa e a outra positiva). Pudemos observar a partir dessa montagem que as linhas de campo se “fechavam” de um ponto a outro, linearmente e de forma elíptica. Pudemos observar novamente as distorções nas linhas de campo.

[pic 6]

 FIGURA 3: LINHAS DE CAMPOS SENDO ATRAIDAS ENTRE AS CARGAS

       

IV – Eletrodos planos sinais diferentes: Na quarta e última montagem, substituímos os eletrodos puntiformes por eletrodos planos, mantendo um deles carregado positivamente e outro carregado negativamente. Pudemos observar de maneira bem mais clara, a linearidade dos campos elétricos gerados pelos eletrodos, salvo as distorções que observamos nas bordas dos mesmos, onde novamente ele tomou uma forma elíptica.

[pic 7]

FIGURA 4: LINEARIDADE DO CAMPO PRODUZIDO PELOS ELETRODOS PLANOS