Estudo do Campo Elétrico

Resumo 

Neste experimento foram traçadas linhas equipotenciais de campo elétrico utilizando papel milimetrado.  O campo elétrico foi gerado a partir de eletrodos retangulares, anel de alumínio e eletrodos cilíndricos, mergulhados em solução de CuSO4.  

Palavras chaves: eletrodo; voltímetro; campo elétrico; terminais; força; carga; configuração.  

1. INTRODUÇÃO 

A interação entre duas cargas pontuais quaisquer q e q’ podem ser descritas pela lei de Coulomb. No entanto, a carga q’ pode ser afetada pelo campo criado pela carga q, quando a primeira carga se aproxima da segunda. Neste caso, a partícula q afeta a partícula q’ através do campo elétrico produzido pela partícula q; ou seja, partícula q cria um campo elétrico no espaço ao seu redor.

  O campo elétrico pode ser definido como uma distribuição de vetores, um para cada ponto de uma região em torno de um objeto eletricamente carregado [1]. Portanto, consiste num campo vetorial, onde cada vetor apresenta módulo, direção e sentido. Para ilustrar o espaço nas vizinhanças de um objeto eletricamente carregado Michael Faraday imaginou a existência de linhas de campo elétrico, ou linhas de força.  Linha de força é definida como como uma curva tangente em cada ponto à direção do campo neste ponto. Conhecida uma linha de força, é possível determinar a direção do campo em cada um dos seus pontos, precisando apenas traçar a tangente à curva. Obtém-se também o sentido do campo indicando uma orientação sobre cada linha. Há uma relação entre as linhas de campo e os vetores de campo elétrico. Em qualquer ponto, a orientação de uma linha de campo ou a orientação da tangente a uma linha de campo não retilínea é a orientação do campo elétrico E nesse ponto; as linhas de campo são desenhadas de tal forma que o número de linhas por unidade de área, medido de um plano perpendicular às linhas, é proporcional ao módulo de E. Logo, E tem valores altos nas regiões em que as linhas de campo estão mais próximas e valores pequenos em regiões em que as linhas de campo estão mais afastadas. As linhas de campo elétrico se afastam de carga positiva e se aproximam de carga negativa.

Uma superfície equipotencial é aquela sobre a qual todos os pontos têm o mesmo potencial elétrico. Uma linha sobre essa superfície é denominada de linha equipotencial. As superfícies equipotenciais em um campo elétrico são perpendiculares à linhas de força, pois estas indicam a direção da força atuando sobre uma carga, inexistindo forças normais à essa direção. Se uma diferença de potencial for mantida entre dois pontos de um condutor, há um fluxo de cargas elétricas do ponto de maior potencial para o de mais baixo potencial. 

Neste experimento eletrodos retangulares e cilíndricos, mais um anel de alumínio, foram dispostos numa cuba contendo solução de CuSO4, sob o qual, através de um papel milimetrado, foram desenhadas linhas equipotenciais para diferentes configurações de campo elétrico.

2. OBJETIVO 

O objetivo deste experimento foi obter linhas equipotenciais e analisar determinadas configurações de campos elétricos.

3. PARTE EXPERIMENTAL 

Material Utilizado 

Transformador 220/12 V;

Voltímetro;

Dois eletrodos retangulares;

Dois eletrodos cilíndricos;

Um anel de alumínio;

Cuba de vidro;

Solução de CuSO4;

Fios de ligação;

Duas pontas de prova.

Determinação de linhas equipotenciais para diferentes configurações de eletrodos

1. Uma folha de papel milimetrado foi fixada na parte externa inferior da cuba de vidro.
2. Os dois eletrodos retangulares foram colocados  dentro da cuba, o mais próximo possível das paredes.
3. A posição dos eletrodos na cuba foi desenhada numa proporcionalmente numa outra folha de papel milimetrado.
4. A solução de CuSO4 foi transferida para a cuba.
5. Os terminais dos eletrodos foram ligados nos terminais do transformador de 12 V.
6. As duas pontas de prova foram conectadas ao voltímetro.
7. Uma das pontas de prova foi segurada verticalmente no espaço médio entre os eletrodos, marcando este ponto na folha correspondente. Com a outra mão moveu-se a outra ponta de prova até o voltímetro marcar 0 V. Esse ponto foi registrado no papel milimetrado. Este procedimento foi repetido para outros pontos em V=0 V. Após ter-se obtido alguns números de pontos desenhou-se a linha equipotencial para esses pontos. Outras linhas equipotenciais foram obtidas de forma semelhante, mudando a posição da primeira ponta de prova ao longo dos dois eletrodos.
8. O anel de alumínio foi colocado entre os dois eletrodos retangulares. O passo 7 foi repetido para esta configuração.
9. Os eletrodos retangulares foram substituídos por dois eletrodos cilíndricos, repetindo-se os procedimentos descritos no passo 7.
10. Um dos eletrodos cilíndricos foi substituído por um eletrodo retangular e repetiu-se o procedimento do passo 7, para se obter novas linhas equipotenciais.
11. Linhas equipotenciais foram obtidas ao se traçar linhas contínuas sobre todos os pontos plotados no papel milimetrado.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 

4.1 Desenhos das linhas equipotenciais: eletrodos retangulares

4.2 Desenhos das linhas equipotenciais: anel de alumínio entre eletrodos retangulares

O que aconteceu com as linhas equipotenciais?

O que aconteceu com a diferença de potencial na região interior do anel em relação à situação anterior?

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