Investigação de superfícies equipotenciais

UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA

Atividade Experimental 2:

Estudo das Superfícies Equipotenciais.

Camila Neves

Leonardo Corrêa

Rafael Rodrigues Abrante

Data do Experimento: Data da Entrega:

17 de Fevereiro de 2014. 24 de Fevereiro de 2014.

Objetivos:

- Visualização das superfícies para alguns eletrodos.

- Manusear o voltímetro digital.

- Estudar o potencial elétrico.

Introdução Teórica

Potencial elétrico

Imagine um campo elétrico gerado por uma carga Q, ao ser colocada um carga de prova q em seu espaço de atuação podemos perceber que, conforme a combinação de sinais entre as duas cargas, esta carga q, será atraída ou repelida, adquirindo movimento, e conseqüentemente Energia Cinética.

Lembrando da energia cinética estudada em mecânica, sabemos que para que um corpo adquira energia cinética é necessário que haja uma energia potencial armazenada de alguma forma. Quando esta energia está ligada à atuação de um campo elétrico, é chamada Energia Potencial Elétrica ou Eletrostática, simbolizada por .

A unidade usada para a é o joule (J).

Pode-se dizer que a carga geradora produz um campo elétrico que pode ser descrito por uma grandeza chamada Potencial Elétrico (ou eletrostático).

De forma análoga ao Campo Elétrico, o potencial pode ser descrito como o quociente entre a energia potencial elétrica e a carga de prova q. Ou seja:

Logo:

A unidade adotada, no SI para o potencial elétrico é o volt (V), em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta, e a unidade designa Joule por coulomb (J/C).

Quando existe mais de uma partícula eletrizada gerando campos elétricos, em um ponto P que está sujeito a todas estes campos, o potencial elétrico é igual à soma de todos os potenciais criados por cada carga, ou seja:

Uma maneira muito utilizada para se representar potenciais é através de equipotenciais, que são linhas ou superfícies perpendiculares às linhas de força, ou seja, linhas que representam um mesmo potencial.

Para o caso particular onde o campo é gerado por apenas uma carga, estas linhas equipotenciais serão circunferências, já que o valor do potencial diminui uniformemente em função do aumento da distância (levando-se em conta uma representação em duas dimensões, pois caso a representação fosse tridimensional, os equipotenciais seriam representados por esferas ocas, o que constitui o chamado efeito casca de cebola, onde quanto mais interna for a casca, maior seu potencial).

Ao estudarmos os conceitos de campo elétrico, vimos que ele pode ser produzido, ou melhor, criado, por uma carga elétrica puntiforme. O campo elétrico pode ser determinado em um ponto quando colocamos nele uma carga de prova – caso ela fique sujeita a uma força elétrica, dizemos que ali há campo elétrico. Determinamos a intensidade do campo elétrico através da divisão entre o valor da força e o módulo da carga de prova.

Ao realizar o teste do campo elétrico através da carga de prova, estamos apenas determinando o módulo da grandeza do campo elétrico, mas como o campo é uma grandeza vetorial, a direção e o sentido ficam sem determinação. A direção é a da reta que une o centro das duas cargas (carga geradora e a carga de prova) e o sentido pode ser de aproximação (carga geradora negativa) ou de afastamento (carga geradora positiva).

A intensidade do campo elétrico no ponto citado depende somente da carga geradora e não da carga de prova. Portanto, se colocarmos nesse ponto uma carga de prova com módulo maior, a força elétrica nessa carga aumentará de forma diretamente proporcional, mantendo constante a intensidade do campo elétrico.

Existe na eletrostática outra grandeza similar ao campo elétrico, mas com características escalares: o potencial elétrico. Em vez de comparar a intensidade da força elétrica sofrida por uma carga de prova e o módulo dessa carga; o potencial elétrico, em um ponto qualquer do espaço, pode ser determinado com uma experiência bem parecida, mas na qual se divide a energia potencial elétrica de uma carga de prova pelo valor desta carga.

Como já havíamos notado no caso do campo elétrico, o potencial elétrico, num determinado ponto do espaço, não depende da carga de prova, mas, sim, da carga geradora. A carga de prova, se aumentada ou diminuída, apenas faz variar proporcionalmente sua energia potencial elétrica, mantendo constante o potencial naquele ponto. Assim, define-se:

Potencial elétrico é uma grandeza escalar que mede a energia potencial elétrica por unidade de carga de prova, ou seja, é a constante de proporcionalidade na razão entre energia potencial elétrica e carga de prova.

Superfície equipotencial

Superfícies equipotenciais

Sabemos que o campo elétrico surge da simples existência de uma carga elétrica numa região qualquer do espaço. Essa carga modifica algumas propriedades dos pontos do espaço ao seu redor, criando aquilo que denominamos campo elétrico.

Chamamos uma superfície de equipotencial quando, numa região de campo elétrico, todos os seus pontos