O LABORATÓRIO DE FÍSICA ELETROMAGNETISMO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E BIOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

LABORATÓRIO DE FÍSICA - ELETROMAGNETISMO

CAMPO ELÉTRICO DE UMA DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS

Material Utilizado:

- Uma cuba eletrolítica

- Uma solução de sulfato de cobre 0,2 M

- Uma pilha seca de 1,5 V

- Um detetor de zero: um galvanômetro CC com fundos de escala − 50 μA a + 50 μA

- Condutores metálicos: duas barras de seção retangular e dois anéis

- Duas pontas condutoras: uma ponta ajustável e uma ponta móvel

Objetivo do Experimento: Determinar qualitativamente o campo elétrico criado por uma distribuição, através do mapeamento de linhas equipotenciais.

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INTRODUÇÃO

        O objetivo deste experimento é obter qualitativamente o campo elétrico criado por uma distribuição de cargas em equilíbrio eletrostático. Um processo de medição muito simples permitirá obter as superfícies equipotenciais de uma tal distribuição e, consequentemente, as suas linhas de força.

        Os conceitos de linhas de força e superfícies equipotenciais são introduzidos para representar qualitativa e quantitativamente o campo elétrico de uma configuração estacionária de cargas. A tangente a uma linha de força deve fornecer a direção do campo elétrico no ponto considerado, e o módulo do mesmo é dado pela densidade local de linhas de força (número de linhas de força que atravessam perpendicularmente uma unidade de área). Uma superfície equipotencial é um lugar geométrico de pontos  no espaço submetidos a um mesmo potencial.

        Podemos traçar linhas de força a partir de superfícies equipotenciais conhecidas, uma vez que o campo elétrico é sempre perpendicular a essas superfícies.

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PROCEDIMENTO

        Na experiência que se segue utiliza-se uma cuba eletrolítica, de forma retangular, na qual se colocam um eletrólito (solução de sulfato de cobre). Uma pilha seca estabelece uma diferença de potencial entre dois condutores imersos no eletrólito. Duas pontas condutoras, uma ajustável e outra móvel, ligados a um detetor de zero (galvanômetro), permitem identificar dois pontos submetidos a um mesmo potencial. Nesta condição, o galvanômetro indica uma deflexão nula. Se a diferença de potencial for não nula, haverá circulação de corrente elétrica, pois existem íons presentes na solução eletrolítica.

        Serão realizadas neste experimento três montagens que simulam em duas dimensões as seguintes distribuições de carga tridimensionais: (i) um par de esferas com cargas opostas, (ii) um capacitor de placas planas e paralelas, carregado e (iii) um capacitor de placas planas e paralelas, carregado, com um condutor inserido entre as placas.

Par de barras

1.        Fixe embaixo da cuba eletrolítica uma folha de papel milimetrado.

1. Faça a montagem como mostra a figura, observando como os terminais da pilha e do galvanômetro estão ligados eletricamente aos eletrodos (anéis) e às pontas ajustável e móvel. Quando não estiver efetuando uma medição, mantenha desconectado da pilha um dos fios condutores ligados aos eletrodos. Isso deve ser feito para não descarregar a pilha desnecessariamente.

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3.         Numa outra folha idêntica de papel milimetrado, reproduza numa escala 1:1 o sistema de anéis.

4.         Introduza o eletrólito na cuba até cobrir totalmente o fundo da mesma.

5.         Coloque a ponta ajustável na posição central eqüidistante dos anéis. A seguir, varie a posição da ponta móvel no interior do eletrólito até que o galvanômetro indique zero na escala. Registre, nesta folha, este primeiro ponto correspondente à indicação zero do galvanômetro.

6.        Com a ponta ajustável fixada na posição central, determine outros pontos para os quais a diferença de potencial é zero. Os pontos assim obtidos constituem uma linha equipotencial.

7.        Adotando um procedimento semelhante ao do caso anterior, obtenha nove linhas equipotenciais na região entre as barras.

8.         Analise o comportamento das linhas equipotenciais nas proximidades dos extremos das barras (efeito de borda).

9.        A partir das equipotenciais trace as linhas de campo elétrico desta configuração de carga. Para tanto você deverá se lembrar de que as linhas de campo elétrico sempre são, na vizinhança imediata de um condutor, perpendiculares à superfície deste e que interceptam perpendicularmente as linhas equipotenciais