estudos teóricos sobre superficies de energia potencial e dinâmica ...
SUPERFICIES EQUIPOTENCIAIS atualizado
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA.
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS.
BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS.
RELATÓRIO DE FISICA GERAL E EXPERIMENTAL III.
SUPERFÍCIES EQUIPOTENCIAIS.
ALINE ALBERNAZ DA SILVA.
CARLOS ANDRÉ LIMA DE MATOS.
UALLAS HENRIQUE DE BRITO.
CRUZ DAS ALMAS/BA.
MARÇO/2013.
RELATÓRIO DE FISICA GERAL E EXPERIMENTAL III.
SUPERFÍCIES EQUIPOTENCIAIS.
ALINE ALBERNAZ DA SILVA.
CARLOS ANDRÉ LIMA DE MATOS.
UALLAS HENRIQUE DE BRITO.
Relatório do Componente Curricular
Física Geral e Experimental III –
CET 102- apresentado ao Prof.
Ariston como requisito parcial para
avaliação no referido componente.
CRUZ DAS ALMAS/BA.
MARÇO/2013.
SUMÁRIO
1. OBJETIVOS------------------------------------------------------------------------------ 4
2. INTRODUÇÃO-------------------------------------------------------------------------- 4
3. FUNDAMENTAÇÃO TEORICA---------------------------------------------------- 4
4. MATERIAIS UTILIZADOS --------------------------------------------------------- 5
5. TRATAMENTO DOS DADOS------------------------------------------------------ 6
6. ANÁLISE E CONCLUSÕES---------------------------------------------------------- 9
7. REFERÊNCIAS------------------------------------------------------------------------- 10
1. OBJETIVO
Fazer um mapeamento das linhas de campo e linhas equipotenciais em condutores
distintos.
E ainda observar e analisar a distribuição do campo elétrico, verificar se possível como
se comportam as linhas equipotenciais em várias circunstâncias.
2. INTRODUÇÃO
Neste experimento estudaremos as superfícies equipotenciais a fim de averiguar como
se comportam as linhas de campo, para isto iremos medir o potencial elétrico em
diferentes pontos nas proximidades de materiais condutores, por exemplo iremos
colocar uma barra condutora carregada em um fluido também condutor e coletar as
medidas.
Serão executados três procedimentos. No primeiro iremos criar um campo utilizando
duas barras conectadas a uma fonte e analisar como intensidade do campo varia com a
distância. No segundo serão utilizado no lugar das barras dois discos metálicos e assim
verificar se a forma geométrica os objetos geradores do campo influenciam na
orientação dos vetores do campo elétrico. Já na terceira etapa utilizando a estrutura
montada na parte 2 acrescentaremos um anel metálico exatamente no centro e
esperamos que este provoque em efeito blindagem como uma Gaiola de Faraday que é
o efeito blindagem eletroestática.
3. FUNDAMENTAÇÃO TEORICA
As superfícies equipotenciais (S) são aquelas onde o potencial elétrico é o
mesmo em qualquer ponto de S. Isto significa que a diferença de potencial
entre dois pontos, pertencentes a esta superfície, é igual a zero e portanto, o
trabalho para deslocar uma partícula carregada, sobre S, é nulo.
O campo elétrico é um campo vetorial, construído por uma distribuição de vetores, uma
para cada ponto de região em torno do objeto eletricamente carregado (Halliday 2009).
Para uma carga pontual positiva, as linhas estão orientadas para fora, já para uma carga
negativa as linhas estão orientadas para dentro.
(Figura Halliday 2009)- Gráfico dos Potencias Esperados.
As superfícies equipotenciais são aquelas cujo potencial elétrico é o mesmo numa linha
perpendicular a superfície, isto é, a diferença de potencial entre dois pontos pertencentes
a esta linha perpendicular a superfície é zero.
Para definir um campo elétrico utilizamos a equação E⃗= F⃗qo
,onde E⃗é o campo elétrico,/
F⃗ é a força eletrostática e qo é a carga de prova.
Outro conceito importante é que os efeitos de campo elétrico criados no interior do
condutor acabam se anulando, obtendo assim um campo elétrico nulo. Esse efeito é
conhecido como blindagem eletrostática e também ficou conhecida por gaiola de
Faraday.
4. MATERIAIS UTILIZADOS E PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Material Utilizado
01 multímetro
01 fonte
02 barras condutoras metálicas
02 discos condutores metálicos
Solução de sulfato de cobre
01 cuba
Transparência graduada
04 fios com entrada/saída jacaré e/ou banana
01 haste metálica
01 anel metálico
Procedimento Experimental
Parte 1
1- Foram feitas 9 marcações na transparência graduada
2- Ajustamos a cuba acima da transparência graduada a fim de identificar as distancias
entre os pontos no campo
3- Foram inseridas as duas barras metálicas nos extremos da cuba e estas foram
conectadas a uma fonte com voltagem ajustada para 10 volts.
4- Ao verificar a tensão da fonte notamos que esta liberava 13,57 volts
5- Foi adicionada solução de sulfato de cobre à cuba de modo que as barras
estivessem imersas na solução.
6- Utilizando o multímetro conectamos um dos fios à barra e outro a haste metálica.
7- Realizamos as medidas de potencial na cuba e identificamos 12 pontos a fim de
encontrar as linhas de campo.
Abaixo fotos retiradas durante o experimento:
Figura 1 (Barras condutoras metálicas imersas em sulfato de cobre)
.
Figura 2 Barras condutoras metálicas imersas em sulfato de cobre
Foto 2.
Parte 2
1- Retiramos as barras da cuba e inserimos os discos também nos extremos desta.
2- Identificamos 12 pontos e nesses encontramos suas respectivas voltagens.
3- Determinamos uma linha equipotencial para o eletrodo circular
Figura 3 (discos condutores metálicos imerso solução de sulfato de cobre )
Figura 4 (Medição de um ponto x da superfície equipotencial)
.
Parte 3
1. Inserimos um anel metálico na cuba a fim de identificar o campo e o potencial
elétrico dentro deste.
Abaixo figura ilustrativa e respectivas fotos retiradas durante o experimento.
Figura 5 (Anel metálico submerso em sulfato de cobre, “Gaiola de Faraday”)
Figura 6 (Medição em um ponto central, no interior do anel metálico)
5. TRATAMENTO DOS DADOS.
Para analisarmos os dados, iremos abaixo ilustrar em tabelas e esquemas o modelo
observado no experimento.
Parte 1:
Figura 7 (Eixo de Cordenadas)
Tabela 1 (Pontos x Tensão)
Ponto Coordenada (x,y)
± 0,5 mm
Valores obtidos
± 0 ,01 (volt)
A (-65, 55) 12,29
B (5,55) 7,31
C (65,55) 2,00
D (-65,-15) 12,64
E (5,-15) 7,35
F (65,-15) 2,12
y
x
G (-65,-75) 12,39
H (5,-75) 7,50
I (65,-75) 2,13
Parte 2:
Figura 8 (Eixo de Coordenadas)
Tabela 2 (Pontos x Tensão)
Ponto Coordenada
(x,y)mm± 0,5
Valores obtidos (volt)
± 0,01
A (-65, 55) 10,50
B (5,55) 7,70
C (65,55) 4,50
D (-65,-15) 11,30
E (5,-15) 7,65
F (65,-15) 3,50
G (-65,-75) 10,58
H (5,-75) 7,80
I (65,-75) 4,50
+ -
Tabela 3 (Coordenada X Tensão)
Ponto Coordenada (x,y) ±
0,5 mm
Valores obtidos ±0,01
(volt)
E ALETORIA 7,80
M ALEATORIA 8,82
N ALEATORIA 5,9
6. ANALISES E CONCLUSOES
Figura 9 (Representação da Gaiola de Faraday)
Neste experimento pudemos averiguar que o campo elétrico depende da geometria do
objeto que gera o campo, pois, a barra apresentou um campo uniforme nos pontos
pertencentes a linhas paralela a ela, já no disco metálico o campo formado também foi
proporcional a sua forma.
Quando introduzimos o anel metálico conseguimos verificar o Efeito blindagem (Gaiola
de Faraday) com uma pequeno erro pois o campo variou um pouco mesmo dentro do
anel, ou seja, ainda tinha um pequeno campo elétrico dentro da gaiola.
Obtivemos algumas valores divergentes dos que deveríamos encontrar o que é normal
se levarmos em consideração os vários erros inerentes ao experimento, seja ele
relacionado aos equipamentos, (como ocorreu com a tensão, que no equipamento
constava 10 volts quando na verdade estava liberando 13,57 volts, isto fez com que
alguns valores coletados próximo a barra fossem maiores que 10 volts ), ou relacionado
ao erro humano.
Assim, pode-se afirmar que o princípio da Gaiola de Faraday é válido. Isso significa
dizer que quando o condutor não está carregado, mas está em uma região onde possui
um campo elétrico causado por um agente externo, seu interior fica livre da ação desse
campo externo. Esse efeito é conhecido como blindagem eletroestática, e foi provado
pelo físico britânico Michael Faraday em um experimento conhecido como Gaiola de
Faraday.
7. REFERÊNCIAS
[1] HALLIDAY, David, WALKER, Jearl e RESNICK, Robert. Fundamentos de Física:
Eletromagnetismo. V. 3, 8ªed., LTC, Rio de Janeiro- 2009.
[2] YOUNG, H. D. e FREEDMAN, R. A.. Física III – Eletromagnetismo. São Paulo:
Pearson Addison Wesley,
[3] PAULI –Ronald Ulysses – Física 4 – Eletricidade e Magnetismo – Editora E.P.U
p. 127, 1980.
[4]http://ensinoadistancia.pro.br/EaD/Eletromagnetismo/Equipotenciais/
Equipotenciais.html acesso em 26/02/2013