Relatório física

1. INTRODUÇÃO

        Campo elétrico é um campo vetorial que consiste em uma distribuição de vetores, sendo um para cada ponto na região ao redor de um objeto carregado, podendo este ser um corpo puntiforme ou um corpo extenso.

        No século XVII, Michael Faraday introduziu o conceito de campo elétrico, o qual imaginava o espaço ao redor de um corpo carregado sendo preenchido por linhas de força. As linhas de força são linhas retas que partem da posição da carga em todas as direções. Mesmo não tendo significado físico real, tais linhas fornecem um modo de visualização da configuração dos campos elétricos. ¹

        Uma superfície cujos pontos estão a um mesmo potencial elétrico, ou seja, possuem o mesmo valor para seu potencial, é denominada superfície equipotencial.

        Na expressão de potencial abaixo, pode-se verificar que, para as cargas pontuais, sendo K e Q constantes, para distâncias d iguais será obtido o mesmo potencial V.

[pic 1]

        O teorema que relaciona linhas de força com superfícies equipotenciais mostra que o vetor campo elétrico E é perpendicular à superfície equipotencial em cada ponto dela, e consequentemente, as linhas de força são perpendiculares às superfícies equipotenciais.

        O posicionamento do vetor campo elétrico em um ponto da superfície equipotencial é sempre tangente e com mesmo sentido da linha de força, uma vez que ambos são perpendiculares à superfície. ²

        Para calcular o campo, sendo o potencial um valor conhecido, utiliza-se a equação abaixo, em queé o vetor unitário perpendicular a uma superfície equipotencial.[pic 2]

[pic 3]

Sendo o potencial (V) uma medida associada ao nível de energia potencial de um ponto de um campo elétrico, ao tomarmos uma carga de prova e a colocarmos num ponto de um campo, ela irá adquirir uma energia associada ao quanto pré-disposta ela está a entrar em movimento a partir unicamente deste campo que está interagindo com ela.   ³

1.1. MATERIAL E MÉTODOS

• Cuba de vidro transparente;

• Multímetro;

• Água da torneira (H2O) e Sal;

• Fonte de tensão;

• Eletrodos e Conexões;

• Ponteira de tomada de dados;

• Escala Milimétrica.

        A cuba de vidro é colocada sob a escala milimétrica. Dentro da cuba adiciona-se água e sal, e coloca-se os eletrodos, equidistantes da linha central. Os eletrodos passam pelo multímetro e são ligados a fonte de tensão utilizando as conexões elétricas. Após a fonte de tensão ser ligada move-se a ponteira de tomada de dados dentro da água, obtendo as diferentes coordenadas que possuem o mesmo valor de potencial.

2. PROCEDIMENTO

        A experiência foi realizada através do uso de três tipos diferentes de eletrodos. A primeira parte utilizou eletrodos cilíndricos. A segunda, eletrodos retilíneos e paralelos. Já a terceira, eletrodos circulares de diâmetros diferentes.

        Primeiramente, colocou-se 250ml de água no béquer. À esta foram adicionadas duas colheres de sopa de sal de cozinha. A mistura então foi agitada até que ocorresse a dissolução completa do sal.

        A cuba, então, foi posicionada sobre a escala. Nesta, os eletrodos foram posicionados de maneira equidistante com relação à linha central. Depois, a solução de água e NaCl foi colocada na cuba, a fonte de alimentação ajustada para 2 V CC, e as conexões elétricas posicionadas conforme mostra a Figura 1 à seguir:

[pic 4]

 Figura 1

        Nesta parte, a ponteira da tomada de dados (1) foi colocada entre os eletrodos cilíndricos (5) – as indicações referem-se também à Figura 1.

        Em seguida, moveu-se lentamente a ponteira, e foram observadas as marcações do multímetro, a fim de localizar um ponto que possua o potencial pré-determinado (denominado P1), anotando suas coordenadas (representadas na Escala 1). Depois, quatro outros pontos com o mesmo potencial foram encontrados e numerados de P2 a P5.

        Os pontos encontrados permitiram a construção de uma linha de força que passa por cada ponto assinalado. A análise desta, bem como a da orientação do vetor campo elétrico nos pontos A e B, encontram-se a seguir.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1. Eletrodos cilíndricos

        Como pode ser concluído com a Escala 1, os pontos obtidos com o mesmo potencial formaram entre si uma linha equipotencial (círculos) similar ao observado na Figura 2, que representa o que era esperado se obter do experimento.

[pic 5] Figura 2

        De acordo com a experiência, observa-se pela Escala 1 que os pontos equipotenciais não se encontram todos na mesma distância em relação a A, ou seja, o módulo do campo elétrico é diferente em cada ponto, mostrando inconsistência com relação à expressão teórica. A direção do vetor do campo elétrico é dada de A para B, uma vez que os potenciais encontrados diminuem sua intensidade nesse sentido.

Respostas as perguntas do roteiro:

• A leitura do potencial não era afetada pela profundidade da água. Se extrapolássemos a situação do processo, para uma piscina, por exemplo, sendo a superfície de altura de 2 metros, a diferença de potencial continuaria a mesma, mas haveria a formação de esferas em vez de círculos, já que todos os pontos equidistantes do eletrodo indicariam o mesmo potencial. Notaria-se, então, uma superfície no campo elétrico.
• Teoricamente, os módulos do campo elétrico em diferentes pontos de uma mesma superfície equipotencial, deveriam ser constantes, de acordo com a equação a seguir

1. |E| = ΔV/ΔX

sendo |E| o módulo do campo elétrico, ΔV a variação de potencial e ΔX a variação da distância.

• O nome dado a esse tipo de campo é dipolo elétrico.
• A densidade das linhas do campo elétrico numa região próxima a um dos eletrodos é bem maior que a densidade numa distância maior dos eletrodos. Isso ocorre pelo fato de os vetores característicos das linhas serem perpendiculares aos eletrodos (desenhado na Escala 1).

3.2. Eletrodos retos e paralelos

        De acordo com a literatura, as linhas equipotenciais, neste caso, seriam retas paralelas aos eletrodos conforme a Figura 3, configuração que quase ocorreu na etapa representada na Escala 2, com apenas alguns pontos (principalmente nas bordas) desalinhados.

Isto ocorre provavelmente devido ao conhecido efeito de borda, em que não há indução total entre as placas, gerado neste caso pelos eletrodos paralelos e representados pelas linhas nas bordas da Figura 3. Este efeito pode ser reduzido com a aproximação das placas e para efeitos de analise algébrica este é desconsiderado.