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IFQ/FIS413
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
Física Experimental III
2o Semestre/2015
EXPERIÊNCIA 1: CAMPO E POTENCIAL ELETROSTÁTICOS
OBJETIVOS:
(i)
(ii)
Determinar as linhas equipotenciais para algumas distribuições de cargas, relacionando-as com
as linhas de forças (ou linhas de campo elétrico).
Determinar o vetor campo elétrico E(r), a partir do potencial eletrostático V(r).
MATERIAL UTILIZADO:
-
Gerador de Van de Graaff
Fonte de tensão (0 a 50 V)
Bandeja circular não graduada
Bandeja retangular graduada
Óleo
Farinha de mandioca
Eletrodos planos
Eletrodos retos
Eletrodos puntiformes
Sondas metálicas
Voltímetros de corrente contínua
Cabos
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
PARTE A: VISUALIZAÇÃO DAS LINHAS DE FORÇA
(i)
(ii)
(iii)
(iv)
(v)
Encha a bandeja circular com óleo e polvilhe um pouco de farinha de mandioca. Observe o
que acontece com a farinha nos quatro casos abaixo e procure explicar o que observou.
Coloque um eletrodo puntiforme no centro da bandeja e ligue-o à esfera do gerador de Van de
Graaf. Ligue o gerador, aguarde um pouco e bata levemente na bandeja para melhor visualizar
as linhas de força.
Coloque um outro eletrodo puntiforme a 5 cm do primeiro e ligue-o à esfera do gerador.
Observe as linhas de força.
Inverta o potencial do segundo eletrodo, desconectando-o da esfera e ligando-o, agora, ao
terminal terra do gerador. Observe o que ocorre.
Substitua os eletrodos puntiformes por eletrodos planos, ligando um deles à esfera e outro ao
terra. Observe o que ocorre.
PARTE B: DETERMINAÇÃO DAS LINHAS EQUIPOTENCIAIS
(i)
(ii)
(iii)
(iv)
(v)
Encha a bandeja retangular com água e posicione os eletrodos planos de forma que eles
fiquem paralelos entre si e separados de aproximadamente 18,0 cm.
Obs: Cuide para que os pontos médios dos eletrodos fiquem sobre a reta central longitudinal
da bandeja.
Utilizando a fonte de tensão, estabeleça uma diferença de potencial (d.d.p.) de 24,0 volts entre
os eletrodos.
Obs: A d.d.p. deve ser conferida com o uso de um voltímetro que ficará conectado aos
eletrodos durante toda a experiência. O terminal positivo deve ficar à direita. Adote como
referência (potencial nulo) o terminal à esquerda.
Usando a sonda reta, execute uma varredura cuidadosa dos pontos situados sobre a linha
central longitudinal da bandeja, determinando os valores do potencial com intervalos de 1,0
cm.
Obs: Fixe o fundo de escala do voltímetro no menor valor que permita a leitura de todos os
potenciais.
Com a sonda móvel, procure sete pontos onde o potencial seja igual a 3,0 volts. Um deles
deve estar sobre a linha central longitudinal da bandeja, três à esquerda e os outros três à
direita dessa linha. O espaçamento entre eles deve ser de pelo menos 3,0 cm. Anote suas
coordenadas.
Repita o procedimento do item (iv), para os potenciais de aproximadamente 6,0; 9,0; 12,0;
15,0; 18,0 e 21,0 volts.
GUIA PARA EXECUÇÃO DO RELATÓRIO:
A partir dos dados obtidos nas Partes A e B, proceder às seguintes análises:
(i)
Faça uma discussão qualitativa dos fenômenos observados nos itens (ii) a (iv) da Parte A.
(ii)
Usando os dados obtidos nos itens (iv) e (v) da Parte B, e destacando os pontos medidos, trace,
em papel milimetrado, as linhas equipotenciais e as linhas de força (ou linhas de campo). Qual
é o ângulo entre elas? Por quê?
(iii)
Utilizando os valores obtidos no item (iii) da parte B, e a partir da relação teórica entre campo
e potencial eletrostático [E(r) = - Grad V(r)], determine o valor do campo elétrico para cada
um dos pontos espaçados de 1,0 cm e situados sobre a linha central longitudinal da bandeja.
Obtenha o valor médio desse campo. Compare este valor com aquele obtido a partir do gráfico
V(x) versus x.
(iv)
Determine o módulo do vetor campo elétrico |E(x,y)| entre as superfícies equipotenciais de 9,0
e 12,0 volts, numa região qualquer da bandeja. Note que este módulo é aproximadamente
uniforme em toda a região entre os eletrodos (exceto, obviamente, em pontos muitos próximos
das extremidades dos mesmos). Determine o vetor campo elétrico E(x,y), em termos dos seus
componentes cartesianos, sobre uma das linhas equipotenciais (9,0 ou 12,0 volts). Para isto,
tome as linhas longitudinal central e transversal como os eixos coordenados. Represente este
vetor no papel milimetrado.