Diferença De Potencial, Campo Elétrico E Superfícies Equipotenciais.

Curso de Engenharia

Disciplina de Física Experimental III

Experimento nº 4

Diferença de potencial, campo elétrico e superfícies equipotenciais.

OBJETIVOS:

Este trabalho tem por objetivo o mapeamento das equipotenciais de terminais carregados.

– Observar e analisar a diferença de potencial entre os condutores metálicos;

– Verificar como se formam as superfícies equipotenciais;

– Entender o comportamento do campo elétrico numa superfície carregada.

FUNDAMENTAÇÃO:

Uma superfície equipotencial é uma superfície onde o potencial elétrico não varia, ou seja, todos os pontos da superfície têm o mesmo potencial elétrico.

Uma carga elétrica, abandonada em um campo elétrico não se desloca ao longo de uma superfície equipotencial, pois quando a carga se desloca de um ponto a outro dentro da superfície equipotencial o trabalho realizado vale

Wab = q(Vi-Vf)

Como dentro da superfície equipotencial os potenciais são iguais para pontos diferentes, Vi=Vf, o trabalho realizado resulta em zero.

Quando um condutor está carregado eletricamente e a carga elétrica está em equilíbrio na superfície de um condutor, essa superfície é equipotencial, pois se assim não o fosse, a carga não estaria em equilíbrio e sim em deslocamento.

Podemos demonstrar esta afirmação matematicamente da seguinte forma:

Como o potencial de A é igual ao potencial de B, logo a diferença entre os dois será zero e irá zerar o lado direito da equação.

MATERIAL

Cuba, água, eletrodos retilíneos e circulares, condutores, fonte de tensão contínua e voltímetro digital.

PROCEDIMENTOS

Ligamos os eletrodos da fonte no multímetro conforme figura 01.

O potencial da ponta de prova aterrada é nulo.

A outra ponta de prova mede a diferença de potencial entre ela e a ponta de prova aterrada. Esta medida aparece no visor do multímetro.

Quando a fonte está aberta a diferença de potencial entre os seus pólos é de 5,5 volts.

Primeiro experimento – duas placas paralelas

O terminal da esquerda está ligado ao pólo negativo da fonte e o da direita ao positivo. A fonte carrega os terminais lineares com cargas positivas e negativas e a diferença de potencial entre os terminais é de 5,5 volts.

Fixamos uma das ponteiras do voltímetro e com a outra fizemos uma varredura a procura de pontos com os mesmos potenciais elétricos.

Coletamos os dados e montamos um gráfico com os dados coletados para representarmos as linhas de campo elétrico e as linhas equipotenciais.

Dados coletados

Segundo – dois anéis circulares

A fonte carrega os terminais circulares com cargas positivas e negativas. A diferença de potencial entre os terminais circulares é de 5,5 volts. Ao fazermos uma varredura com uma das pontas de prova, percebemos que todos os pontos do terminal positivo tem o mesmo potencial e o mesmo ocorre com os pontos do terminal negativo.

A medida que íamos procurando pontos no sentido radial, do terminal negativo para o positivo o potencial elétrico aumentava seu valor.

Anotamos os dados e plotamos o seguinte gráfico para análise das linhas de campo e superfícies equipotenciais:

Dados coletados:

X y

0 2,2

50 2,2

-50 2,3

0

2,3

Representação gráfica:

O potencial elétrico é constante nos círculos concêntricos com os terminais.

Se tivermos uma carga Q no centro da imagem ao lado, toda a esfera cujo centro é a própria carga Q, é uma superfície equipotencial. Isso porque a distância entre a carga Q e a superfície esférica será sempre a mesma para todos os pontos da esfera.

As linhas pontilhadas são denominadas linhas equipotenciais, pois possuem o mesmo potencial elétrico em todos os pontos eqüidistantes do centro da esfera.

O campo elétrico é perpendicular as linhas equipotenciais e aponta para as regiões onde o potencial elétrico é menor. Dentro da região do terminal menor o potencial elétrico é constante e marca 0 (zero) volts no visor do multímetro e dentro da região do terminal maior o potencial também é constante e marca 5,5 volts no visor. Como o potencial elétrico é constante nestas regiões, o campo elétrico é nulo.

Terceiro experimento – duas cargas pontuais

Montamos uma terceira configuração composta por duas cargas pontuais, com o mesmo valor absoluto e