Superfícies equipotenciais

Superfícies equipotenciais

Práticas 1 e 2- Datas 08/02/2017 e 15/02/2017

Faculdade de Tecnologia SENAI - Cimatec, Engenharia Química, 4º Trimestre, Turma GRD-EQI-2016-D3TRI

Gabriel A. B. Nascimento; Gabriel D. Lima;  Julia B. H. Cavalcante;  Marcela S. Costa; Mariana S. Queiroz

Entregue ao professor Targino Amorim Neto da disciplina Física C - Prática

RESUMO: O presente artigo tem como objetivo o detalhamento do experimento e a análise do formato das linhas equipotenciais encontradas na prática. Realizado no laboratório de Física Prática da Faculdade SENAI - Cimatec, esse experimento teve como objetivo mapear as linhas de força do campo elétrico e as superfícies equipotenciais. Para tal feito usou-se uma fonte de tensão, eletrodos de diferentes formas e de uma solução salina para verificar a variação dos formatos das linhas equipotenciais encontradas nas “coordenadas” de um papel milimetrado.

Palavras-chave: Equipotencial; multímetro; eletrodos; blindagem; potencial elétrico; campo elétrico.

1. Introdução

A eletricidade é um dos constituintes da Física mais utilizado e difundido atualmente. Um dos conceitos necessários para entender os fenômenos elétricos é a definição de campo elétrico, que, segundo Halliday, 2009 “é um campo vetorial, constituído por uma distribuição de vetores, um para cada ponto de uma região em torno de um objeto eletricamente carregado”, sendo que este pode ser definido por linhas, denominadas linhas de força (ou de campo) que parte da carga geradora desse campo. Pode-se destacar também o conceito de potencial elétrico, que nada mais é do que um campo escalar que está diretamente relacionado ao campo elétrico, sendo mais facilmente manipulado. Analisando dois pontos distintos pode-se definir a diferença de potencial, o negativo do trabalho realizado pela força elétrica para deslocar uma carga. Ao colocar dois eletrodos metálicos (material condutor) em uma solução salina (capaz de conduzir corrente elétrica) é possível estabelecer essa diferença de potencial entre os dois eletrodos criando um campo onde os potenciais elétricos podem ser medidos, de maneira que em uma mesma linha (reta ou curva dependendo da forma do eletrodo) os potenciais medidos serão exatamente iguais, devido a presença de superfícies equipotenciais, que são, também segundo Halliday, 2009, um conjunto de pontos vizinhos que possuem um mesmo potencial elétrico. Pode-se afirmar ainda que as superfícies equipotenciais dependem do formato da carga utilizada, desta maneira temos que, as superfícies equipotenciais são sempre perpendiculares às linhas que definem o campo elétrico gerado pela carga, por isso, superfícies equipotenciais de um eletrodo alongado são paralelas a este eletrodo (já que o seu campo elétrico apresenta linhas de força perpendiculares), e as de um eletrodo circular ou esférico são esferas concêntricas ao eletrodo.Vale ressaltar ainda que no interior de um material condutor (ou na área interna de um condutor “oco”) que está em equilíbrio estático, o valor do potencial é o mesmo ao longo de toda a região ocupada, devido ao efeito de blindagem, isso cria uma região equipotencial no interior do condutor, ou seja, ao medir o potencial elétrico nesta área os valores encontrados serão iguais ou com pequenas variações, de maneira que o campo elétrico deverá ser nulo, já que não há diferença de potencial (fator imprescindível para a existência de um campo elétrico qualquer). (Tipler, 2013)

Tendo isso em mente, o  objetivo geral da prática foi mapear as linhas de campo elétrico e as superfícies equipotenciais, admitindo por objetivos específicos obter superfícies equipotenciais para diferentes configurações de eletrodos e compreender a relação entre força eletrostática, campo elétrico e potencial elétrico.

1. Experimento

 Para a realização do experimento, foram utilizados os seguintes materiais listados  na Tabela 1:

Tabela 1: Materiais e suas respectivas quantidades utilizados no experimento

Nome do material		Quantidade
Cuba transparente		1
Par de pontas de prova		1
Eletrodos circulares		3
Eletrodos retangulares		2
Eletrodos pontuais		1
Fonte de tensão		1
Multímetro		1
Solução salina		Não se aplica
Papel milimetrado		3

O sistema utilizado no experimento é mostrado na Figura 1 abaixo,

[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4]

Fig 1. Sistema utilizado no experimento, mostrando seus componentes e ligações.

Através dos materiais descritos acima se criou um campo elétrico envolto por uma solução salina. Utilizou-se como parâmetro dois eletrodos de cores vermelho para 12V e preto para 0V, capazes de gerar diferenças de potencial elétrico que podiam variar neste intervalo de 0-12V no perímetro entre os eletrodos.

Com os eletrodos barra em paralelo selecionou-se o total de 7 pontos para cada tensão previamente atribuída (2, 4, 6, 8 e 10V) e com os eletrodos um em barra e outro circular foram atribuídos 5 pontos para cada uma das tensões, também previamente selecionadas (2, 4, 6, 8 e 10 V). Após isso se utilizou um multímetro calibrado para achar estes pontos de tensão no perímetro entre os eletrodos. Com a ajuda de dois papéis milimetrados, ambos demarcados com números na horizontal e letras na vertical , fez-se a demarcação dos pontos de tensão, onde um dos papéis milimetrados foi posto embaixo do sistema de eletrodos e outro foi utilizado para reter as informações de localização dos 7 pontos das tensões determinadas. O primeiro conjunto de papéis milimetrados reteve a informação das tensões com os dois eletrodos em barra e o segundo conjunto preservou os dados dos eletrodos, um em barra e outro em forma de anel. No terceiro experimento colocou-se dois eletrodos circulares concêntricos de tamanhos variados e foram checados dois potenciais aleatórios (7 e 9V) a fim de checar a padronização do desenho formado pelos potenciais, bem como foram medidos outros seis pontos aleatórios no espaço fora dos eletrodos, medindo seus potenciais. No 4 experimento foi realizado o mesmo estudo anterior onde aferiu-se o desenho a ser formado através da distribuição das tensões de 8V e 10V. Por fim última parte do experimento 2, 3 e 4 se dá na verificação das tensões no perímetro dentro do eletrodo circular e análise do seu comportamento