Mapeamento das linhas equipotenciais em uma cuba eletrolítica

Mapeamento das linhas equipotenciais em uma cuba eletrolítica

Angela de Souza Nascimento¹ e José Vinícius R. S. Medeiros².

¹Estudante de graduação em Engenharia Têxtil;

 ² Estudante de graduação em Engenharia Química.

SENAI/CETIQT

Resumo. Este trabalho pretende, de forma breve e objetiva, verificar o campo elétrico criado entre duas placas paralelas, através do mapeamento de linhas equipotenciais em três ensaios distintos. Para isso, todo material empregado e os procedimentos efetuados, no Laboratório de Física do SENAI/CETIQT, estão aqui descritos. Os dados obtidos foram convertidos em tabelas, gerando gráficos, o que facilitou a análise dos resultados, e concluiu-se com uma análise do comportamento do campo elétrico nas diferentes situações.

Palavras chave: campo elétrico, linhas equipotenciais, cuba eletrolítica.

1. Introdução

Um campo elétrico (de vetor [pic 1]) é uma região do espaço onde se manifesta a ação das cargas elétricas (q). Esta ação verifica-se à distância, sem contato entre as cargas.

Uma carga elétrica que se encontra num campo elétrico fica sujeita a uma força. Há cargas elétricas positivas e negativas. Se a carga for positiva, a força que sobre ela se exerce terá o sentido do campo elétrico. Se for negativa dá-se o inverso. O campo elétrico é originado em cargas positivas e termina em cargas negativas. O seu sentido pode representar-se por imaginárias linhas de força.

[pic 2]

Figura 1: Desenho representativo da ação das linhas imaginárias de força de cargas elétricas.

O campo elétrico existente entre as placas (de carga Q) tem, em qualquer ponto (P, P1, P2, P3...), mesmo módulo, direção e sentido. Um campo como este é denominado campo elétrico uniforme.

[pic 3]

Figura 2: Representação de um campo elétrico uniforme.

Deve-se notar, entretanto, que estas considerações são válidas para pontos não muito próximos das extremidades das placas. De fato, como mostra a Figura 3, nestas extremidades as linhas de força são curvas, indicando que nesta região o campo deixa de ser uniforme.

[pic 4]

Figura 3: Desenho ilustrativo da uniformidade de um campo elétrico gerado entre placas paralelas.

 

Superfície e linha equipotencial:

Os conceitos de linhas de força e superfícies equipotenciais são introduzidos para representar quantitativa e qualitativamente o campo elétrico de uma configuração estacionária de cargas. A tangente a uma linha de força deve fornecer a direção do campo elétrico no campo considerado.

Uma superfície equipotencial é um lugar geométrico de pontos no espaço submetidos a um mesmo potencial.

Pode-se definir uma linha equipotencial, como sendo toda linha que possui um mesmo potencial elétrico em todos os seus pontos. Essa linha é sempre perpendicular a uma linha de campo elétrico.

O encontro de linha equipotenciais e de força, é perpendicular entre si, conforme a figura abaixo.

[pic 5]

Figura 4: Desenho representativo do cruzamento de linhas equipotenciais (LE) e de força (LF).

A linha equipotencial pode também ser incluída em um espectro de um campo elétrico, tornando-as perpendiculares nos seus pontos de cruzamento, conforme a Figura 5.

[pic 6]

Figura 5: Desenho representativo do cruzamento de linhas equipotenciais em um campo elétrico.

Um processo muito simples de mapeamento das linhas equipotenciais numa cuba eletrolítica permite o campo elétrico entre duas placas paralelas, submetidas a uma diferença de potencial.

Neste estudo são apresentados três ensaios distintos, que pretendem analisar o campo elétrico e mapear as linhas equipotenciais do esquema montado.

2. Materiais e Métodos

    a) Materiais:

Todo o material empregado nos experimentos está descrito a seguir, separadamente.

• 1 Fonte 110 para 6 V (marca: FUNBEC, modelo: FA - 07).
• 1 Cuba acrílica.

• 1 Multímetro digital. (marca:  Ininipa, Modelo: ET 1002).

• 2 Condutores metálicos.

• 2 Cabos para conexão.

• 1 Anel metálico.

• 1 Disco.

• 1 Papel milimetrado.

• 1 Compasso.

• 1 Régua.

• Solução eletrolítica (água da torneira).

    b) Métodos Experimentais:

Primeiramente montou-se o esquema, da seguinte forma:

Pôs-se a cuba acrílica transparente com água em cima da folha de papel milimetrado, que estava presa à mesa.

Os eletrodos foram ligados à fonte e dispostos de forma plana e paralela (a uma distância de aproximadamente 15cm) sobre o fundo da cuba, sendo uma placa positiva, com 6,4V e outra negativa, com 0,0V, ligado ao terra do aparelho – valores obtidos pelo multímetro, também ligado ao terra da fonte – gerando uma diferença de potencial alternada (pois trabalhou-se com corrente alternada no experimento) de 6,4V entre as placas.

Deu-se início às medições com a ponta positiva do multímetro como na mergulhada na solução. No Ensaio 1 foram medidos 104 pontos entre as placas, dispostos a cada 2cm, tanto na vertical horizontal, gerando 8 linhas e 13 colunas (de a até m), conforme Anexo 1.

 Para o Ensaio 2 foi feito um esquema seme-lhante ao primeiro, porém, no papel milimetrado foram feitos dois círculos, centralizados na folha, cujos raios eram de 4cm e 6cm e no centro deles, sobre o fundo da cuba, colocou-se um anel metálico.

Primeiramente mediu-se o centro, na parte interior do anel e, depois, 8 pontos (a cada 45°) sobre cada círculo, totalizando 17 pontos, de a até q, como ilustrado no Anexo 2.

Para o último ensaio manteve-se a mesma montagem do segundo esquema, apenas remo-vendo a placa negativa e colocando o disco (tam-bém centralizado) no lugar do anel.

Da mesma forma, foram medidos 8 pontos (a cada 45°) sobre cada círculo, num total de 16 pontos, de a até p, conforme Anexo 3.

Observações:

1. Para fazer os círculos, foi usado o compasso.
2. Para manter as placas perfeitamente paralelas, usou-se o auxílio da régua.
3. Após iniciar as medições, não se deve alterar a posição das placas, do anel ou do disco, evitando ter de refazer as medições.
4. A água não deve encobrir os eletrodos utilizados, devendo ter uma profun-didade de cerca de 1/2 a 2/3 da altura dos mesmos.

Já com todas as medições feitas, pôde-se dar início à apresentação dos dados e aos cálculos: