física experimental c - udesc

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
DEPARTAMENTO DE FÍSICA – DFIS
FÍSICA EXPERIMENTAL C
EXPERIÊNCIA 3
CAMPO ELETROSTÁTICO
1. MATERIAIS
Fonte de tensão alternada.
Multímetro analógico.
Eletrodos de várias formas:
1) dois eletrodos planos.
2) um eletrodo na forma de gota.
3) um eletrodo cilíndrico.
Cuba de vidro com solução eletrolítica.
Dois fios elétricos, sendo um deles munido de uma ponta de prova.
Três folhas de papel milimetrado.
2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Neste experimento vamos utilizar uma fonte da tensão alternada. Desta forma, a
tensão a ser medida pelo voltímetro também será alternada. Isto implica numa escolha
adequada para a escala de medição deste aparelho. O único cuidado que devemos ter é
garantirmos que o fundo de escala escolhido seja capaz de medir a máxima tensão elétrica
fornecida pela fonte.
Como iremos medir tensões elétricas alternadas, neste caso não precisamos nos
preocupar com a polaridade do multímetro.
2.1. Determinação de Superfícies Equipotenciais
Observe que existe uma cuba já preparada com uma solução eletrolítica, que em nosso
caso é uma mistura de NaCl (sal de cozinha) e H2O (água de torneira). Esta cuba deve ser preparada
como mostra a Figura 1. Sob a cuba existe um papel milimetrado, que servirá de base para a
marcação dos pontos equipotenciais (com o mesmo potencial elétrico).
Para a realização do experimento, siga os procedimentos abaixo.
a) Monte o circuito elétrico da Figura 1.
b) Escolha inicialmente os dois eletrodos planos para obter os pontos equipotenciais.
Desenhe em sua folha de papel milimetrado a posição dos eletrodos, tendo como base a posição dos
eletrodos na folha de papel milimetrado sob a cuba.
c) Coloque o voltímetro na escala conveniente, sabendo que estamos trabalhando com
uma fonte de tensão alternada de 6,3 V.
d) Coloque sua folha de papel milimetrado ao lado da cuba
e) Ligue a chave da fonte de tensão.
f) Desloque a ponta de prova dentro da solução eletrolítica. Procure por um ponto em
que o voltímetro marque 5,00 V.
g) Transfira a posição deste ponto para o seu papel milimetrado, tendo como base o
papel milimetrado sob a cuba.
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h) Encontre outros pontos (pelo menos outros 15 pontos) nos quais o voltímetro marque
os mesmos 5,00 V.
Figura 1: Montagem da cuba eletrolítica com a fonte de tensão elétrica alternada, o voltímetro e os
eletrodos.
i) Transfira a posição destes pontos para o seu papel milimetrado, tendo como base o
papel milimetrado sob a cuba.
j) Repita os procedimentos anteriores para os seguintes valores de diferença de
potencial: 4,00 V, 3,00 V, 2,00 V, 1,00 V e 0,50 V.
k) Repita os procedimentos anteriores usando agora os outros dois eletrodos, isto é, o de
forma de gota e o cilíndrico.
l) Apresente estes resultados na forma de uma tabela para cada uma das diferenças de
potencial medidas e para os dois pares de eletrodos utilizados.
3. TRATAMENTO DOS DADOS
Esta experiência envolve medidas elétricas de tensão elétrica alternada. Desta forma, o
tratamento dos dados tem que levar em conta os valores dos erros associados a cada medida.
3.1. Construção das Equipotenciais
Nos Resultados obtivemos um conjunto de pontos no plano xy (o plano que contém a
base da cuba eletrolítica) para cada valor de diferença de potencial. Com base nestes dados trace em
papel milimetrado as linhas equipotenciais para as duas configurações de eletrodos utilizados. Desta
forma, teremos duas folhas de papel milimetrado, cada um deles com seis linhas equipotenciais.
Estas folhas fazem parte dos resultados de seu relatório.
3.2. Construção das Linhas de Campo Elétrico
Há uma relação entre potencial eletrostático e campo elétrico.Isto deve constar da sua
Introdução Teórica. Com as linhas equipotenciais traçadas como indicado acima, e a partir desta
relação desenhe as linhas de campo elétrico para cada par de eletrodos utilizado. Estas folhas
também devem fazer parte dos resultados de seu relatório. Lembre-se que as linhas de campo
elétrico são orientadas (o campo elétrico é um vetor!!), e que portanto você deve escolher o sentido
adequado para estas linhas.
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4. DISCUSSÃO
Na seção Discussão dos Resultados procure fazer uma análise dos resultados obtidos. Discuta
os resultados frente às expectativas oriundas do modelo teórico considerado.
Discuta também as principais fontes de erro que devem ser levadas em conta neste
experimento. Lembre-se aqui, que mais importante do que os equipamentos usados no experimento,
é a forma como ele foi conduzido.
4.1. Construção das Equipotenciais
A partir das linhas equipotenciais construídas, observe se duas superfícies
equipotenciais diferentes podem se cruzar. Apresente uma justificativa clara ao fazer esta discussão.
Imagine também que tenhamos em mãos uma carga negativa e a soltemos na região
entre os dois eletrodos. Discuta se esta carga negativa tenderia a se deslocar para regiões de maior
ou menor potencial elétrico. Apresente uma justificativa clara ao fazer esta discussão. Discuta no
caso de nosso experimento para qual dos eletrodos a carga negativa tenderia a se deslocar.
4.2. Construção das Linhas de Campo Elétrico
A partir das linhas de campo elétrico construídas, observe se duas destas linhas se
cruzam. Apresente uma justificativa clara ao fazer esta discussão.
Imagine também a situação em que numa certa região (não necessariamente neste
experimento) o campo elétrico seja nulo. Discuta se o potencial elétrico nesta região também é nulo.
Explique com clareza a sua resposta a partir da definição de potencial elétrico.
5. CONCLUSÃO
Na seção Conclusão, faça uma análise do seu trabalho no laboratório frente aos objetivos
propostos no experimento.
6. QUESTIONÁRIO
Nos anexos de seu relatório responda ao seguinte questionário:
1) Uma certa região do espaço está limitada por uma superfície fechada imaginária que não
contém nenhuma carga elétrica. O campo elétrico é sempre igual a zero em todos os pontos desta
superfície? Justifique a sua resposta. Caso não seja, em que circunstâncias ele é nulo sobre a
superfície?
2) Um cabo de transmissão de alta voltagem cai sobre um carro , de modo que a superfície
inteira do carro passe a ser um equipotencial de 10 kV em relação ao solo. O que ocorre com um
ocupante do carro quando ele está sentado no interior do carro?. E quando ele desce do carro?
Explique o seu raciocínio nas duas situações.
7. BIBLIOGRAFIA
7.1. HALLIDAY, D. e RESNICK, R. – Fundamentos da Física – Volume 3 – 4a Edição;
Capítulo 24 (Lei de Gauss) e Capítulo 25 (Potencial Elétrico); Livros Técnicos e Científicos Editora
S.A – 1998.
7.2. NUSSENZVEIG, H.M. – Curso de Física Básica – Volume 3 – 1a Edição; Capítulo 3 (O
Campo Elétrico) e Capítulo 4 (O Potencial Eletrostático); Editora Edgard Blücher – 2000.
7.3. SEARS, F. S.; ZEMANSKI, M. W.; YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. – Física III
(Eletromagnetismo) – 1a Edição – Capítulo 23 (Lei de Gauss) e Capítulo 24 (Potencial Elétrico) –
Addison Wesley – 2004.
7.4. VÁRIOS – Apostila de Física Experimental – Setor de Cópias do CCT-UDESC.