SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATO GROSSO

CAMPUS CUIABÁ-BELA VISTA COORDENAÇÃO DO CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS

Física Experimental II – Prof MSc. Jonas Spolador

Prática 10 Linhas e superfícies Equipotenciais entre Eletrodos

1. Introdução 1.1 Campo Elétrico

Uma maneira conveniente de introduzir a configuração dos campos elétricos é dada pelas linhas de força. Este conceito foi introduzido no século XIX por Michael Faraday (1791–1867), que imaginava o espaço ao redor de um corpo carregado como sendo preenchido por linhas de força. Embora não tenham significado físico real, tais linhas, atualmente denominadas Linhas de Campos Elétricos, fornece um modo conveniente de se visualizar a configuração dos campos elétricos.

Figura 1: linhas de força (contínuas) e superfícies equipotenciais (pontilhadas) do campo elétrico de duas cargas iguais, mas de sinais contrários (a) e de mesmos sinais (b).

Entre dois pontos de uma mesma linha de campo elétrico, existe sempre uma diferença de potencial elétrico. Mas pode-se ter dois ou mais pontos, cada um em linhas diferentes, que estejam no mesmo potencial elétrico. O conjunto destes pontos forma uma linha equipotencial. A “família” das linhas equipotenciais constitui uma superfície equipotencial, que é o lugar geométrico dos pontos que possuem o mesmo potencial elétrico. Por meio da propriedade.

Um corpo carregado eletricamente gera um campo elétrico ao seu redor. O campo gerado exerce uma força de atração ou repulsão, em outros corpos carregados à sua volta. Para perceber a presença de um campo elétrico é colocado uma carga teste em uma região do espaço. Se essa carga sofrer ação de uma força elétrica, ali está presente um campo elétrico.

Têm-se

[N/C] (01)

A força de interação entre duas cargas elétricas é calculada pela Lei de Coulomb. O campo elétrico

gerado por um corpo carregado pode ser descrito como:

[V/m] (02)

Assim como a força, o campo elétrico também se relaciona com o inverso do quadrado da distância.

1.2 Potencial Elétrico

O potencial elétrico é determinado pelo trabalho realizado por uma força elétrica para deslocar uma carga em um campo elétrico. A partir do potencial elétrico define-se tensão elétrica como a diferença de potencial entre dois pontos de um circuito elétrico.

O trabalho é o produto entre uma força exercida (força elétrica) e o deslocamento, então a energia potencial elétrica U é:

[J] (03)

Como a definição para potencial elétrico é um trabalho realizado para deslocar uma carga elétrica, então a expressão para potencial V é:

[V] (04)

Na superfície da esfera torna-se igual a

[V] (05)

[V] (06)

Onde:

V = Potencial elétrico

E = Campo elétrico

R = raio da esfera

Q = carga acumulada na esfera

K = 8,988x109 N.m

2/C

2

(07)

2. Objetivos

- Identificar e/ou descrever um campo elétrico e as linhas de força num campo elétrico

- Analisar as linhas de força em torno de. eletrodos de eletrodos puntiforme carregados.

- Medir a diferença de potencial elétrico entre dois pontos num campo elétrico.

- Comparar a diferença de potencial em diferentes pontos de um campo elétrico.

- Definir campo elétrico e linhas de força.

- Conceituar blindagem eletrostática.

- Traçar linhas equipotenciais num campo elétrico do sistema formado por dois condutores retos e contendo um condutor cilíndrico oco.

- relacionar o eletrodo cilíndrico oco como gaiola de Faraday.

3. Materiais Utilizados

- 01 ponteira para tomada de dados (1) - 01 Cuba transparente (2) - 02 eletrodos planos (03) - 01 eletrodo em forma de anel - 02 eletrodos cilíndricos com ponto de conexão (5) - 01escala projetável (6) - 01 conexão longa VM (7) - 02 conexões PT médias para (8) - 01 conexão Vm média (9) - 01 Conexão PT com pino de pressão e garra (10ª) - 01 chave auxiliar (11) - 02 fixadores horizontais periféricos (12) - 01 fonte de alimentação 0 VCC a 20 V CC. - 01 multímetro ajustado ajustado para voltímetro

na escala 20V. - 02 colheres de sopa com sal - 250 ml de água

4. Procedimento

4.1 Superfícies equipotenciais entre eletrodos puntiformes

Figura 01

- Coloque 250 ml de água em um copo de Becker e diluir totalmente o sal.

- Coloque a escala projetável no fundo (lado de fora) da cuba.

- Posicione os eletrodos equidistantes da linha central.

- Derrame a solução de cloreto de sódio.

- Execute as conexões elétricas mostradas na Figura 1.

- Ligue a fonte de alimentação e ajuste para 2 VCC.

- Não se preocupe com a reação química que ocorrerá nos eletrodos durante as atividades.

- Coloque a ponteira de tomada de dados (1) entre os eletrodos cilíndricos (5)

- Mova lentamente a ponteira, observando o multímetro.

- Localize um ponto que se encontre no potencial 1V e denomine-o de P1.

- Verifique as coordenadas do ponto P1 assinale na escala. (papel milimetrado)

- Meça e assinale na escala 1 mais cinco pontos sob este potencial, denominando estes pontos de P2 a P6.

- É possivel localizar outros pontos com este potencial (ddp)?

- Neste caso, se tornássemos a localizar todos os pontos com 1 volt, estes pontos gerariam o que? Que tipo de curva?

- Você acaba de caracterizar uma linha equipotencial.

- Mantenha a leitura do voltímetro em 1 volt, desloque a ponteira pelo eletrólito partindo de um eletrodo em direção ao outro.

- Qual a figura geométrica formada pelas sucessivas posições ocupadas pela ponteira sobre os pontos com 1 volt?

- A profundidade com que a ponteira penetra no eletrólito altera a leitura do potencial?

- Trace uma linha de foca, passando por cada ponto assinalado, observando as propriedades das mesmas,

- Como se comporta o módulo do campo elétrico em diferentes pontos de uma mesma superfície equipotencial?

- Como é denominado um campo elétrico com as características do obtido entre os eletrodos cilíndricos (puntiformes)?

4.2. Superfícies equipotenciais entre eletrodos planos paralelos

Figura 02

- Proceda a montagem do equipamento conforme a

figura 2.

- Desenhe sobre a escala o perfil dos dois eletrodos utilizados no experimento.

- Coloque a ponteira de tomada de dados (1) entre os eletrodos planos (3)

- Mova lentamente a ponteira, observando o multímetro.

- Localize um ponto que se encontre no potencial 1V e denomine-o de P1.

- Verifique as coordenadas do ponto P1 e o assinale na Escala 2 (papel milimetrado).

- Meça e assinale na Escala 2 mais cinco pontos sob este potencial, denominado estes pontos de P2 a P6.

- É possível localizar outros pontos com este potencial?

- Mantendo a leitura do voltímetro em 1 volt, desloque a ponteira pelo eletr[olito partindo de um eletrodo reto em direção ao outro.

- qual a figura geométrica formada pelas sucessivas posições ocupadas pela ponteira sobre os pontos com 1 volt?

- Trace uma linha de força, passando por cada ponto assinalado, observando as propriedades das mesmas.

- Localizar, segundo as propriedades das linhas de força, a possível orientação do vetor campo elétrico nos pontos A e B.

- Como se comporta o módulo do campo elétrico em diferentes pontos de uma mesma superfície equipotencial?

- Como é denominado um campo elétrico com as características do obtido entre os eletrodos retos nas regiões afastadas das bordas?

4.3. Blindagem eletrostática

Figura 3

- Coloque o eletro em anel (4) no centro do espaço entre os eletrodos retos.

-Desenhe sobre a escala 3 o perfil dos três eletrodos utilizados no experimento.

- Coloque a ponteira de tomada de dados(1) ente os eletrodos planos (3)

- Mova lentamente a ponteira, observando o multímetro

- Localize um ponto que se encontre no potencial 1V e denomine-o de P1.

- Verifique as coordenadas do ponto P1 e o assinale na escala 3.

- Meça e assinale na Escala 3 mais coinco pontos sob este potencial, denominando-o estes pontos de P2 a P6.

- É possível localizar outros pontos com este potencial?

- Mantendo a leitura do voltímetro em 1 volt, desloque a ponteira pelo eletrólito partindo dos eletrodos retos em direção ao eletrodo cilíndrico oco.

- Qual a figura geométrica formada pelas sucessivas posições ocupadas pela ponteira sobre os pontos com 1 volt?

- Mapeie a escala 3:

a) uma linha equipotencial de 1,5 volts,

b) uma superfície equipotencial de 1,8 volts,

- Coloque a ponteira na região interna ao eletrodo cilíndrico oco.

-Qual a leitura do voltímetro?

- Movimente a ponteira na região interna do cilindro enquanto observa o voltímetro.

Houve variação na leitura do voltímetro?

- Justifique o ocorrido do ponto de vista do conceito de blindagem eletrostática, aplicando também os conhecimentos sobre a gaiola de Faraday.

2. Relatório - Entregar o relatório na próxima aula