Questoes_pre-laboratorias_TL_2.1_e_pos_lab

ESCOLA SECUNDÁRIA DO MONTE DE CAPARICA
Ano letivo
Questões pré-laboratoriais, trabalho laboratorial 2.1 – Campo
2011/2012
elétrico e superfícies equipotenciais e questões pós-laboratoriais.
12.º Ano. Física
Objectivo de ensino: Estudo das características de um campo elétrico criado por duas placas planas e
paralelas. Campo uniforme.
Neste trabalho cria-se um campo elétrico entre duas placas planas e paralelas com cargas de sinais
contrários, para responder às questões que se seguem:

Como se mede o potencial elétrico num ponto entre as placas?

Qual é a forma das superfícies equipotenciais e como detetá-las?

Como varia a diferença de potencial entre duas linhas equipotenciais com a distância que as separa?

Como determinar o módulo do campo elétrico entre as placas?
Questões pré-laboratoriais:
Abre o livro na pág. 273 do manual e responde às questões de 1 a 5.
1.
Considere o campo elétrico criado por duas placas planas e paralelas muito próximas, carregadas
com cargas de sinal contrário.
1.1.
Que tipo de campo é criado e qual a forma das linhas de campo?
Campo eléctrico uniforme. As linhas de campo são perpendiculares às placas.
1.2.
Qual é a forma das superfícies equipotenciais?
As linhas equipotenciais são perpendiculares às linhas de campo; por isso, as
superfícies equipotenciais são planos paralelos às placas.
1.3.
Suponha que uma placa (A) está ao potencial V e a outra (B) ao potencial 0. Represente as linhas
de campo e as linhas equipotenciais. Como varia o potencial ao longo de uma linha de campo? E
qual é o sentido da linha de campo?
As linhas de campo apontam da placa A para a placa B, que está a um potencial
menor, sendo perpendiculares às placas. O potencial diminui ao longo de uma linha de
campo, ou seja, neste caso de A para B.
1.4.
Suponha constante a diferença de potencial entre as placas. Onde será mais intenso o campo
elétrico, quando as placas estão mais próximas ou mais afastadas? Justifique.
U
, sendo d a distância entre as placas.
d
Se mantivermos a diferença de potencial U o campo é mais intenso se for menor a
distância entre as placas.
O módulo do campo eléctrico é dado por E 
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Num campo elétrico uniforme é E 
VA  VB
d
. Então, para uma diferença de potencial
constante entre as placas, verifica-se uma proporcionalidade inversa entre o módulo
do campo elétrico e a distância, d, entre as placas.
1.5.
Suponha que se mantém constante a distância entre as placas e a diferença de potencial entre
elas. Como variará o módulo da diferença de potencial entre dois pontos quaisquer, ao longo de
uma linha de campo, com a distância entre eles? Que gráfico traduzirá essa variação? Que
grandeza pode ser calculada a partir desse gráfico?
Como o módulo do campo eléctrico é E 
V
, sendo x a distância entre duas linhas
x
quaisquer equipotenciais, então o módulo da diferença de potencial é o produto do
campo, que é constante, pela distância entre duas linhas equipotenciais (ou a
distância entre dois pontos sobre a mesma linha de campo). Quanto maior for a
distância entre esses pontos maior é o módulo da diferença de potencial entre eles.
2.
Supõe que tens duas placas planas e paralelas, com cargas eléctricas de sinais contrários, à
distância de 40 cm uma da outra.
Na figura estão indicados os potenciais eléctricos de alguns pontos do campo.
2.1.
Indica o potencial elétrico dos pontos B, C e D.
VB=-40 V; VC=0 V; VD=-60 V
2.2.
Qual é a diferença de potencial entre os pontos A e D; C e B; D e F; E e F?
UA-D= VA- VD = 40-(-60)= 100 V
UC-B= VC- VB = 0-(-40)= 40 V
UD-F= VD- VF = -60-(-60)= 0 V
UE-F= VE- VF = 60-(-60)= 120 V
2.3.
Determina o módulo do campo elétrico entre as placas.
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E 
E 
3.
VA  VB
d
ou
E 
80  (80)
160

 E  400 Vm1
0, 40
0, 40
40  (40)
 E  400 Vm1
0,20
Responde à questão 6 da mesma pág. (273) do manual.
3.1.
Se ligar o pólo negativo do multímetro à placa negativa e o pólo positivo à ponta de prova, e se
esta se deslocar entre as placas, o que medirá no voltímetro?
Mede a diferença de potencial entre dois pontos: um está sobre a placa negativa e
outro está sobre a ponta de prova do voltímetro.
3.2.
Que utilidade poderá ter a folha de papel milimétrico colocada debaixo da tina?
Se se traçarem linhas de campo e linhas equipotenciais nessa folha, é mais fácil
localizar os pontos onde se coloca a ponta de prova do voltímetro nas medições
efectuadas.
3.3.
Para verificar a sua previsão sobre a forma das superfícies equipotencias, como deve mover a
ponta de prova? E se quiser saber como varia a diferença de potencial entre dois pontos da mesma
linha de campo com a distância entre eles?
Deve ser movida sobre uma linha equipotencial, previamente marcada na folha de
papel milimétrico, de modo a verificar-se que, quando a ponta de prova se move sobre
ela, o valor marcado no voltímetro não se altera.
3.4.
Planifique uma experiência que dê resposta às questões colocadas inicialmente, supondo que o
terminal negativo do multímetro está ao potencial zero.
Trabalho Laboratorial
Actividade Laboratorial 2.1 - Campo eléctrico e superfícies equipotenciais
Material e equipamento (por grupo de trabalho):

Tina em material transparente

Duas placas metálicas

Gerador de corrente contínua

Voltímetro ou multímetro

Fios de ligação

Ponta de prova

Solução condutora (por ex., sulfato de cobre)

Papel milimétrico (para colocar sob a tina e para registo dos valores obtidos)
Objectivos do trabalho:
• Identificar o tipo de campo eléctrico criado por duas placas planas e paralelas.
• Identificar o sentido das linhas de campo.
• Medir o potencial num ponto.
• Investigar a forma das superfícies equipotenciais.
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• Relacionar o sentido do campo com o sentido da variação do potencial.
• Verificar se a diferença de potencial entre duas superfícies equipotenciais é ou não independente da placa
de referência utilizada para a medir.
• Calcular o módulo do campo eléctrico criado entre as duas placas planas e paralelas.
Registo dos dados
Ex. de Pontos
Potencial
elétrico num
ponto “A”
Potencial
elétrico num
ponto “B”
Diferença de
potencial
Distância entre
os pontos “A e B”
“A – B”
VA (V)
VB (V)
VA - VB (V)
(cm)
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Questões pós-laboratoriais:
Para estudar algumas características de um campo elétrico criado por duas
placas planas e paralelas, um grupo de alunos usou uma tina em material
transparente (por exemplo, acrílico), que colocou sobre uma folha de papel
milimétrico, onde deitou uma solução condutora. Na solução, mergulhou
duas placas de cobre que ligou a um gerador de corrente.
Com uma ponta de prova, ligada a um voltímetro (ver esquema da figura) e
colocada verticalmente em relação ao fundo da tina, mediram o potencial em pontos relevantes.
4.
As superfícies equipotenciais estão posicionadas de acordo com a previsão efectuada? Num campo
elétrico uniforme, qual é a forma das superfícies equipotenciais?
As superfícies equipotenciais são planos perpendiculares às linhas de campo e a igual
distância entre si
5.
Compare o potencial de todos os pontos que se encontram ao longo de uma linha paralela às placas.
As linhas paralelas às placas são linhas equipotenciais. Logo, o potencial de todos os
pontos que se encontram ao longo de uma linha equipotencial é igual.
6.
Como varia a diferença de potencial entre as duas linhas equipotenciais com a distância que as
separa?
Num campo elétrico uniforme, o potencial entre duas linhas equipotenciais varia
linearmente com a distância que as separa.
7.
Como varia o potencial elétrico ao longo de uma linha de campo? E de uma superfície equipotencial?
Como o campo elétrico, E
, é constante e E 
VA  VB
d
, onde A e B são dois pontos
U varia linearmente com a
situados sobre a mesma linha de campo, conclui-se que
distância entre os pontos, decrescendo, no sentido do campo, ao longo da linha de
campo.
Ao longo de uma superfície equipotencial, o potencial não varia, mantêm-se
constante.
8.
Com que objectivo se usou, nesta actividade, uma ponta de prova livre ligada a um voltímetro?
Com o objectivo de determinar o potencial elétrico em diferentes pontos entre as
placas.
9.
Com que objectivo terão colocado a folha de papel milimétrico sob a tina?
O papel milimétrico sob a tina serve de documento de registo, permitindo identificar
mais facilmente pontos a igual potencial. Também facilita a percepção da variação de
potencial ao longo de uma linha de campo.
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10.
Admita que a placa de cobre ligada ao pólo negativo do gerador está a potencial nulo e que a origem
do referencial de posição se encontra na placa positiva. Quando a ponta de prova toca na placa
positiva, o potencial será máximo ou mínimo?
Será máximo. Uma vez que o potencial zero foi atribuído à placa de cobre negativa e a
origem do referencial à placa positiva, quando a ponta de prova toca na placa positiva
(d=0), o potencial é máximo e decresce até zero para uma distância máxima entre as
placas.
11.
Para investigar a forma das superfícies equipotenciais, como terão procedido os alunos?
Colocaram o papel milimétrico sob a tina e, em seguida, deslocaram uma ponta de
prova, ligada a um voltímetro, no interior da solução, de modo a encontrar alguns
pontos a um mesmo potencial. Registaram as posições correspondentes a esses
pontos e concluíram sob a forma das superfícies equipotenciais.
12.
E para verificar como varia a diferença de potencial entre duas superfícies equipotenciais com a
distância que as separa, como terão procedido?
Mediram igualmente a diferença de potencial entre a placa de referência e diferentes
pontos ao longo de uma mesma linha perpendicular às placas. Registaram os valores
das diferenças de potencial e das distâncias entre os pontos e traçaram e
interpretaram o gráfico VA – VB = f(d), para tirar conclusões.
13.
A diferença de potencial entre duas superfícies equipotenciais é independente da placa de referência
(que é a placa a potencial zero)?
Os alunos devem verificar que o módulo da diferença de potencial é independente da
placa de referência usada.
14.
Desenhe os gráficos que representam a variação da diferença de potencial com a distância e calcule,
a partir de uma linha de ajuste, o módulo do campo elétrico. Compare os dois gráficos e indique em
qual deles as medições foram mais precisas.
O gráfico da diferença de potencial em função da distância é uma recta, de declive
negativo ou positivo consoante a placa de referência utilizada, sendo o módulo do
campo eléctrico igual ao módulo do declive dessa recta. As medições serão mais
precisas onde se obtiver um valor mais próximo da unidade para o quadrado do
coeficiente de correlação da recta de ajuste.
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