Relatório 2 - Física 2 - Campo Elétrico (1)

5/24/2018 Relat rio 2 - F sica 2 - Campo El trico (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA

INSTITUTO DE FSICA

Curso de Graduao em Engenharia Mecnica

Laboratrio de Fsica Experimental II

RELATRIO DA PRIMEIRA AULA DA DISCIPLINA FSICA

EXPERIMENTAL II (INFIS49031)

Potencial Eltrico e Campo Eltrico

Prof. Cristiano Alves Guarany

Bruno Guilherme Ferreira(11311EMC027)

Cleiton Soares Camilo Jnior (11311EMC029)

Gabriel Fernandes Pereira (11311EMC024)Thomy Fernando Takata(11311EMC006)

Uberlndia, maio de 2014


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RELATRIO DA PRIMEIRA AULA DA DISCIPLINA FSICA

EXPERIMENTAL II (INFIS49031)

Potencial Eltrico e Campo Eltrico

Prof. Cristiano Alves Guarany

Relatrio realizado por alunos do Curso de

Graduao em Engenharia Mecnica da

Universidade Federal de Uberlndia, referente

disciplina de Fsica experimental II.

Assinaturas:

Bruno Guilherme Ferreira _________________________________________

Cleiton Soares Camilo Jnior _________________________________________

Gabriel Fernandes Pereira _________________________________________

Thomy Fernando Takata _________________________________________

Uberlndia, maio de 2014


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SUMARIO

1. Resumo ................................................................................................................................ 42. Introduo ........................................................................................................................... 53. Objetivo ............................................................................................................................... 84. Equipamento experimental .................................................................................................. 9

i. Fonte de alimentao ajustvel: ............................................................................... 9i. Fonte de alimentao ajustvel: .............................Error! Bookmark not defined.

5. Procedimento experimental ............................................................................................... 126. Resultados ......................................................................................................................... 157. Concluso .......................................................................................................................... 188. Referncias e Bibliografias ............................................................................................... 19


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1. Resumo

Neste experimento foram abordados os seguintes conceitos: linhas equipotenciais, linhas

de campo, campo eltrico e potencial eletrosttico. Em uma cuba eletroltica foi utilizado gua

de torneira (contendo sais minerais) como soluo condutora. Determinou-se superfcies

equipotenciais concntricas e equipotenciais entre duas chapas paralelas conectadas a uma

fonte de tenso de corrente contnua (V), mergulhadas na soluo. Atravs de uma sonda

mergulhada na soluo, conectada a um multmetro, mapeou-se linhas equipotenciais, que

foram utilizadas para obter o campo eltrico. Com os dados dos experimentos em mos

realizou-se a anlise dos mesmos


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2. IntroduoUm campo eltrico assim como um campo gravitacional um campo de foras, ou seja,

a influncia que uma ou mais cargas eltricas tem sobre o espao ou outras cargas, esse

campo atua de forma particular, suas linhas de fora saem da carga positiva e se direcionam

para a carga negativa. So inumerveis a quantidade de aplicaes na fsica moderna relativa

a um campo eltrico

O campo eltrico est diretamente ligado ao mdulo da resultante de foras e da geometriado sistema que o do origem, ele inversamente proporcional ao quadrado da distncia, ou

seja, diminui conforme a distncia. Uma das maneiras mais genricas de se quantificar o

campo de uma carga Q dado pela fora que a carga exerce nas suas proximidades dividido

pelo o seu mdulo.

E(vet) = F(q)/q

(1)

Um campo eltrico tem vrias configuraes diferentes, graas a isso tambm existem

diversos meios de quantificar sua medida, a situao mais comum, de uma carga puntiforme

dada apenas considerando o mdulo de sua carga, a distncia do ncleo da carga at a posio

desejada e uma constante K, esta foi concebida empiricamente e relativa permissividade

no vcuo.

Figura 1: Representao de um campo eltrico por linhas imaginrias (1)


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E(vet) = qK/D

(2)

De forma geral, o campo eltrico pode ser dado pela interao das foras de todas as

cargas de uma forma geomtrica composta por N cargas em um ponto alvo. Uma forma de

distribuio de carga usual so duas placas condutora carregadas com sinais opostos

colocadas uma distncia D, o campo dessa distribuio geomtrica relacionado

quantidade de carga por unidade de rea e pela permissividade no vcuo.

O campo eltrico dessa distribuio dado por:

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Quando uma carga carregada deslocada atravs de um campo eltrico, o campo eltrico

exerce uma fora que realiza um trabalho na carga. O trabalho realizado na carga pode ser

expresso em forma de potencial eltrico. Para relacionar essas grandezas, so usadas equaes

fsicas, a mais comum entre elas :


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Para uma carga puntiforme o potencial definido em termos do mdulo da carga, da

constante K, e da distncia at o ponto desejado.

Para um campo||constante:

[]

[]

(3)


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3. Objetivo

A finalidade do experimento demonstrar visualmente as linhas de campo eltrico

determinado as superfcies equipotenciais, que so perpendiculares s linhas de fora.

Objetiva-se mapear pontos de mesmo potencial, para obtermos linhas de superfcie

equipotenciais. Em seguida achar as linhas de campo eltrico traando retas paralelas s

encontradas durante o experimento. Tambm interpretar onde a intensidade do campo se

apresenta com maior ou menor intensidade.


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4. Equipamento experimental

Materiais utilizados no procedimento experimental:

Figura 3: mesa do experimento

i. Fonte de alimentao ajustvel:

Figura 4: Fonte DC ajustvel (ddp mxima: 12V)

Fonte utilizada para alimentao do sistema, a mesma pode liberar energia na forma

polarizada atravs das entradas azul e vermelha ou alternada de acordo com as instrues nas


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entradas pretas. A diferena de potencial (ddp) ajustada podendo alcanar um valor de 12V

pelas especificaes do aparelho.

ii. Cabos de ligao

Figura 5: Os fios so representados pela cor vermelha e azul

Interliga a fonte DC, o galvanmetro, o amplificador de medida de corrente contnua e os

eletrodos fechando o sistema.

iii. EletrodosPlacas utilizadas para a obteno do campo eltrico. Na figura 4 os eletrodos so

representados pelas duas placas dentro da cuba eletroltica

iv. Sistema deslizanteSistema deslizante que forma um eixo XY representado na figura 5 para a marcao em

um papel dos pontos onde h um potencial especfico para a anlise do campo eltrico.

v. Sonda mvelFio metlico utilizado para medir o potencial eltrico. Na figura 4 est abaixo ao

sistema deslizante de eixos XY.


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vi. Galvanmetro

Figura 6: Galvanmetro utilizado no experimento

Utilizado para medir a potncia eltrica (W) do sistema.

vii. Amplificador de medida de corrente contnua

Figura 7: Amplificador de medida de corrente contnua

Possui como funo estabilizar a tenso gerada pela fonte DC


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5. Procedimento experimental

Inicialmente determinou-se os pontos equipotenciais do sistema atravs do circuito

montado conforme a figura 1.

Figura 8. Diagrama da montagem a ser utilizada para determinao das linhas equipotenciais,

com a indicao de dois planos em soluo.

Determinou-se os pontos equipotenciais do sistema com duas placas metlicas paralelas

distanciadas e mergulhadas na soluo condutora como mostrado na figura 3.

Figura 9. Cuba eletroltica com soluo de CuSO4, fonte de alimentao ligadas as placas.


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Para determinar os pontos equipotenciais foi escolhido um ponto qualquer entre os dois

anis e em seguida foi observado no galvanmetro o potencial daquele ponto, e este foi

marcado na folha de papel. A posio foi variada utilizando a sonda mvel sempre mantendo

o mesmo potencial e marcou-se todos os pontos na folha at que fosse observado a formao

de uma circunferncia de raio praticamente constante. Aps isso realizou-se outras marcaes

de pontos com valor do potencial diferente do primeiro e obtiveram-se trs circunferncias.

Como mostrado na figura 4.

Figura 10. Equipamento utilizado para fazer marcaes de pontos equipotenciais no papel.

Primeiramente um ponto qualquer foi determinado, anotando-se o seu potencial medido

pelo galvanmetro. Em seguida variou-se a ponta condutora por meio da sonda mvel, tendo

sempre o cuidado em manter o mesmo potencial e ento cada um desses pontos foram

marcados em uma folha de papel. Em seguida mais pontos com potenciais diferentes do

primeiro ponto foram marcados obtendo-se ao final quatro linhas equipotenciais retas.

Utilizou-se esse mesmo processo para mapeamento dos pontos das linhas equipotenciais

em outra bancada, onde se encontrava dois eletrodos de formato circular e raios diferentes.

Mapeou-se potencias de mesma intensidade, obtendo-se pontos, que quando ligados

formavam um campo de direo radial.


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Figura 11. Esquema representativo da disposio das placas na cuba eletroltica.

Para realizar cada clculo, pegamos sempre dois pontos distintos, em superfcies

equipotenciais diferentes, medimos a menor distncia entre eles e assim encontramos o campo

eltrico. Os resultados obtidos comprovam a teoria que afirma que entre placas paralelas o

campo eltrico uniforme.


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6. Resultados

Primeiramente foi realizado o experimento de anlise do campo eltrico formado por duas

placas metlicas situadas paralelamente umas das outras paralelas e com cargas opostas de

mdulos iguais.

Tabela 1. Dados experimentais utilizando duas placas paralelas

Linhas Voltagem1 0,0 V

2 2,0 V

3 4,0 V

4 6,0 V5 8,0 V

6 10,0 V

As referidas linhas fazem citao unio de uma sequncia de pontos, os quais possuam

voltagem constante.

Tabela 2. Assimilao de dados

Linhas VbVa Distncia entre Linhas(d)1 e 2 2,0 V 0,078 m

2 e 3 2,0 V 0,077 m

3 e 4 2,0 V 0,081 m

4 e 5 2,0 V 0,079 m

5 e 6 2,0 V 0,080 m

Desvio Padro 0,001 m

A partir das linhas obtidas experimentalmente e seus respectivos valores de tenso,

obteve-se a distncia d, entre uma linha e sua subsequente, posteriormente calculou-se a

variao de ddp entre as mesmas


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Tabela 3. Relao entre campo eltrico, VbVae d

Linhas Vb - VaDistncia entre

Linhas (d)Campo Eltrico

(E)1 e 2 2,0 V 0,078 m 25,6 N/C2 e 3 2,0 V 0,077 m 25,9 N/C3 e 4 2,0 V 0,081 m 24,6 N/C4 e 5 2,0 V 0,079 m 25,3 N/C5 e 6 2,0 V 0,080 m 25,0 N/C

Desvio Padro 0,45 N/C

Os dados foram obtidos atravs da relao de VbVa, d e o campo eltrico E, atravs da

equao(3).

Apesar da tentativa de manter a ddp exibida no multmetro sempre constante, o mesmo

no foi possvel devido impreciso do equipamento. Por tal fato, ocorreram pequenas taxas

de variao na obteno do campo eltrico, sendo o desvio padro dessa variao.

Tabela 4. Dados Experimentais das Placas Circulares Concntricas

Circunferncia VoltagemA 6,0 VB 4,0 V

C 2,0 V

Na segunda fase do experimento foram traados pontos em trajetrias circulares de modo

a manter a voltagem constante. Foram traadas trs circunferncias onde a ddp diminua de

dentro para fora, ou seja, ddp A< ddp B < ddp C.

Tabela 5. Assimilao de Dados

Circunferncias VbVaDistncia entre

Circunferncias (d)A e B 2,0 V 0,012 m

B e C 2,0 V 0,016 m

Desvio Padro 0,002 m

Com a aferimento das distncias, percebeu-se que quanto mais distante do centro, a

distncia entre um anel e outro aumentou.


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Tabela 6. Relao entre campo eltrico, VbVae d

Circunferncias Vb - VaDistncia entreCircunferncias

(d)

Campo Eltrico(E)

A e B 2,0 V 0,012 m 166,6 N/CB e C 2,0 V 0,016 m 125,0 N/C

Desvio Padro 20,8 N/C

Utilizando a equao (3), calculou-se o campo eltrico para cada intervalo entre

circunferncias. Com tal anlise, foi possvel verificar que o campo eltrico diminui com o

afastamento do centro.


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7. Concluso

A partir da realizao dos experimentos citados acima, conclumos que as superfcies

equipotenciais so paralelas s placas, o que est de acordo com a teoria estudada em sala de

aula. De acordo com os resultados obtidos, confirmamos que a intensidade do campo eltrico

depende da distncia em relao aos elementos que o criam. De acordo com a bibliografia

estuda a intensidade do campo eltrico inversamente proporcional menor distncia entre o

elemento de maior potencial eltrico, e nossos resultados confirmam tal afirmativa.


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8. Referncias e Bibliografias

(1) http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/figuras/campo5.gif

(2) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5a/Km123.jpg/250px-Km123.jpg

HALLIDAY, D., Resnick, R., Walker, J., 1993, Fundamentos de Fsica, LTC, v.3. 4a.Ed.,

Brasil.

SEARS, Francis Weston. Fsica III:eletromagnetismo.12. ed. So Paulo, SP: Pearson

Addison Wesley, c2008-2009 vol 3.

Relatório 2 - Física 2 - Campo Elétrico (1)

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