Relatório Cuba Eletrolítica

UNIVERSIDADE FEDERAL DA INTEGRAÇÃO LATINO-AMERICANA - UNILA[pic 1]

INSTITUTO LATINO-AMERICANO DE TECNOLOGIA, INFRAESTRUTURA E TERRITÓRIO - UNILA

ENGENHARIA CIVIL DE INFRAESTRUTURA - ECI

Relatório III: Cuba Eletrolítica

Ana Paula Almeida da Rocha Erik Souto de Moraes e Francisco Andres Lopez Beltran^[1]; Phamilla Gracielli Sousa Rodrigues^[2]

RESUMO

O objetivo desta prática é realizar um experimento capaz de evidenciar a formação de campo elétrico, linhas de forças e potencial elétrico. Com o auxílio de uma cuba eletrolítica, uma fonte de tensão e um líquido, foi-se capaz de gerar uma superfície equipotencial, onde é possível determinar através da utilização de equipamentos e métodos de aferição a diferença de potencial elétrico para determinar o módulo do campo. Vale salientar ainda que ele simula o campo elétrico gerado por duas cargas pontuais, apesar de os eletrodos se diferenciarem, em tese, do tamanho de uma carga pontual, é possível notar como eles se comportam bem próximo de do comportamento da mesma.  

Palavras-chave: Cuba eletrolítica; Campo elétrico; Potencial Elétrico.

INTRODUÇÃO

Em eletrostática, as linhas de força dos campos elétricos e as linhas equipotenciais têm formas particulares, tendo em conta a distribuição das cargas que produzem. A resolução dos problemas eletrostáticos é direta quando são conhecidas as posições das cargas envolvidas no sistema estudado. Porém, a determinação dos campos vizinhos dos materiais condutores é complicada, devido à distribuição de carga neles inicialmente é desconhecida. A solução destes problemas não é direta, nem simples, tendo em conta que as cargas presentes devem distribuir-se na superfície do condutor tornando-o uma superfície equipotencial.  

CUBA ELETROLÍTICA

Existem métodos elaborados para desenvolver problemas eletrostáticos na presença de condutores; poucos casos tem resolução direta aplicando a equação de Laplace. Na maioria de casos experimentais é difícil obter os campos elétricos e potencial em forma analítica, resultando soluções complicadas através de cálculos numéricos. Nesses casos em que o campo é bidimensional, é conveniente utilizar uma cuba eletrolítica, necessária para obter os diagramas de campo elétrico e potencial eletrostático na proximidade de alguns condutores.

Enquanto as pilhas ou células galvânicas são dispositivos encarregados de produzir energia elétrica consumindo energia química, a eletrólise representa o fenômeno oposto, no qual a energia elétrica é consumida para realizar um processo químico no espontâneo, neste caso conhecido como processo redox, tendo lugar ao passo da corrente elétrica contínua através do eletrólito. Este processo pode produzir uma mudança química nos elementos envolvidos no experimento, tendo como principal resultado a separação do hidrogênio e do oxigênio da água.

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Figura 1 Processo de Eletrólise

Na figura 1, pode-se observar o processo de eletrólise utilizando uma dissolução o um eletrólito fundido. Encontram-se submergidos os eletrodos conectados a uma fonte de corrente contínua a qual fornece os elétrons.

Os eletrodos são as superfícies onde ocorrem os processos de redução e oxidação:

·         Anodo: eletrodo positivo, neste é produzida a oxidação.

·         Catodo: eletrodo negativo, neste é produzida a redução.

O anodo é conectado ao polo positivo da fonte de corrente contínua e o catodo ao polo negativo, permitindo circular os elétrons do anodo para o cátodo, os íons negativos dirigem-se ao anodo e os íons positivos ao catodo.

CAMPO ELÉTRICO

O campo elétrico é uma realidade física com origem em cargas elétricas ou em variações temporais de um campo magnético. Quando um corpo eletricamente carregado é colocado na região do espaço onde existe um campo elétrico criado por um conjunto de cargas estacionárias, esse corpo fica sujeito à ação de uma força elétrica (FERREIRA, 2014). Considerando um ponto no espaço em que há um campo elétrico, se colocarmos uma partícula carregada positivamente, com valor muito pequeno, ela não irá influenciar significamente a distribuição de cargas que gerou o campo. Halliday define o campo elétrico num ponto do espaço como sendo igual à força elétrica que atua por unidade de carga positiva colocada nesse ponto, no limite em que o valor da carga tende para zero:

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A força elétrica que atua na carga de prova, quando esta se encontra na posição definida pelo vetor de posição r, é dada pela lei de Coulomb, que pode ser formulada matematicamente do seguinte modo:

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Nesse sentido Ferreira (2014) conclui que o campo elétrico criado por uma carga pontual é radial, decai com o quadrado da distância entre o ponto considerado e a carga criadora de campo, pelo que a sua intensidade é igual em todos os pontos à mesma distância da carga criadora de campo. O campo elétrico é centrípeto se a carga criadora for negativa, e centrífugo se a carga for positiva.

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Figura 2 Comportamento das linhas de força no campo

SUPERFÍCIES EQUIPOTENCIAIS

               As superfícies equipotenciais são superfícies de um campo elétrico, onde todos os pontos nesse campo possuem o mesmo potencial. Uma família de superfícies equipotenciais pode ser usada para representar um campo elétrico em determinada região. Entre dois pontos de uma mesma superfície equipotencial não existe trabalho, já que, Vi = Vf.  (HALLIDAY, 1993).

POTENCIAL ELÉTRICO

É a propriedade com que um corpo energizado tem de conseguir realizar trabalho, ou seja, atrair ou repelir outras cargas elétricas. Com relação a um campo elétrico interessa-nos a capacidade de realizar trabalho, associada ao campo em si, independentemente do valor da carga q colocada num ponto desse campo. Para medir essa capacidade, utiliza-se a grandeza potencial elétrico (HALLIDAY).  Para obter o potencial elétrico de um ponto, coloca-se nele uma carga de prova q e mede-se a energia potencial adquirida por ela. Essa energia potencial é proporcional ao valor de q. Portanto, o quociente entre a energia potencial e a carga é constante. Esse quociente chama-se potencial elétrico do ponto.