Física III

1 INTRODUÇÃO

O presente relatório aborda a demonstração sobre: campo, Potencial elétrico e lei de Gauss. Campo elétrico é a capacidade que um corpo energizado tem de realizar trabalho, ou seja, atrair ou repelir outras cargas elétricas. O potencial elétrico é uma propriedade do espaço em que há um campo elétrico, sabendo que uma carga pontual cria um campo elétrico e que o potencial elétrico depende da carga que cria esse campo e da posição relativa à carga elétrica. A lei de Gauss é a lei que estabelece a relação entre o fluxo de campo elétrico que passa através de uma superfície fechada com a carga elétrica que existe dentro do volume limitado por esta superfície.

OBJETIVOS.

A finalidade desse experimento é de:

Compreender os conceitos de campo e potencial elétrico

Estabelecer relação entre campo e potencial elétrico

Verificar a formação de superfícies equipotenciais

Ver efeito e aplicação da Lei de Gauss

Aprender a utilizar multímetro digital

Aprender a utilizar e regular uma fonte CC

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1 Lei de Gauss

A lei de Gauss é a lei que estabelece a relação entre o fluxo de campo elétrico que passa através de uma superfície fechada com a carga elétrica que existe dentro do volume limitado por esta superfície. A lei de Gauss é uma das quatro Equações de Maxwell, juntamente com a lei de Gauss do magnetismo, a lei da indução de Faraday e a lei de Ampère-Maxwell e foi elaborada por Carl Friedrich Gauss em 1835, porém só foi publicada após 1867.Gauss foi um importante matemático alemão que fez descobertas em teoria dos números, geometria e probabilidade, tendo também contribuições em astronomia e na medição do tamanho e formato da Terra.

A Lei de Gauss considera uma superfície fechada (imaginária) que envolve a distribuição de cargas. Essa superfície gaussiana, como é chamada, pode ter

quaisquer formas por isso deveram optar por uma que facilite o calculo do campo, levando em consideração as simetrias do problema. É um instrumento poderoso no calculo elétrico de uma distribuição de cargas quando esta apresenta um alto grau de simetria, por exemplo, simetria esférica ou cilíndrica. Nestes casos, a lei de Gauss representa o meio mais rápido e simples para o calculo de campo elétrico.

A lei de Gauss relaciona o fluxo elétrico através de uma superfície fechada A com a carga elétrica qim dentro da superfície.

• O fluxo E de um campo vetorial constante perpendicular

a uma superfície A e definido como

Figura 3.1: Fluxo E através de A perpendicular

Fluxo mede o quanto o campo atravessa a superfície. Mede densidade de linhas de campo.

O fluxo de constante formando um ângulo θ com A é definido como

Figura 3.2: fluxo de E constante

através de a formando ângulo θ.

3.2 POTENCIAL E DIFERENÇA DE POTENCIAL ELÉTRICO

Potencial Elétrico (v); com relação a um campo elétrico, interessa-nos a capacidade de realizar trabalho, associada ao campo em si, independentemente do valor da carga q colocada num ponto desse campo. Para medir essa capacidade, utiliza-se a grandeza potencial elétrico. Para obter o potencial elétrico de um ponto, coloca-se nele uma carga de prova q e mede-se a energia potencial adquirida por ela. Essa energia potencial é proporcional ao valor de q portanto, o quociente entre a energia potencial e a carga é constante. Esse quociente chama-se potencial elétrico do ponto (ou potencial absoluto ou simplesmente potencial elétrico). Ele pode ser calculado pela expressão:

Onde: V é o potencial elétrico

U a energia potencial

q a carga.

A unidade no S.I é Joule/Coulomb= [J/C]=[V] (volt)

Portanto, quando se fala que o potencial elétrico de um ponto L é VL = 10 V, entende-se que este ponto consegue dotar de 10J de energia cada unidade de carga de 1C. Se a carga elétrica for 3C, por exemplo, ela será dotada de uma energia de 30J, obedecendo à proporção. Vale lembrar que é preciso adotar um referencial para tal potencial elétrico. Ele é uma região que se encontra muito distante da carga, teoricamente localizado no infinito.

A forma integral que relaciona o potencial e campo é dada por

V(r ⃗)=1/qU(r