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Fundação Universidade Federal de Rondônia - UNIRDepartamento de Física
Campus Ji-ParanáFísica Licenciatura Plena ± 4 º período
CINTIA PRISCILA CARVALHO DE MORAISEMILIA HENRIQUE MENDESMIRIA SANTOS DE OLIVEIRA
LINHAS DE CAMPO ELETRICO E CURVASEQUIPOTENCIAIS
Experimental II
Ji-Paraná ± RO2011
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CINTIA PRISCILA CARVALHO DE MORAISEMILIA HENRIQUE MENDESMIRIA SANTOS DE OLIVEIRA
LINHAS DE CAMPO ELETRICO E CURVAEQUIPOTENCIAIS
Experimental II
Ji-Paraná ± RO2011
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INTRODUÇÃO
Um campo é qualquer região do espaço caracterizado por alguma
grandeza física em função (x,y.z.t). Os campos podem ser escalares ou
vetorias. Entre os campos escalares temos os térmicos, da pressão, da
temperatura, etc. Em relação aos campos vetorias temos os camposgravitacional, campo magnéticos e campo elétrico. Em todos os casos os
campos explicam a interação da matéria mesmo não havendo interação entre
elas.
A superfície equipotencial é uma superfície contínua formada por pontos
no espaço nos quais o potencial elétrico tem o mesmo valor. Em cada ponto do
espaço, o potencial elétrico tem um determinado valor e, no caso do campo
elétrico ser diferente de zero, existe uma única superfície equipotencial que
passa pelo ponto.
OBJETIVO
Descrever o conceito de Campo Elétrico, fazer um mapeamento das
linhas de campo elétrico de vários sistemas eletrostáticos e também o
mapeamento de superfícies equipotenciais de vários sistemas eletrostáticos.
TEORIACampo Elétrico
Michael Faraday (1791 ± 1867) foi o primeiro a propor o conceito de
campo elétrico e também contribuído com outros trabalhos para o
eletromagnetismo, posteriormente este conceito foi aprimorado com os
trabalhos de James Clerk Maxwell, discípulo de Faraday.
O conceito de campo elétrico surgiu da necessidade de explicar a ação
de forças a distância. Podemos dizer que o campo elétrico existe numa região
do espaço quando, ao colocarmos uma carga elétrica (q) nessa região tal cargaé submetida a uma força elétrica F.
O campo elétrico pode ser entendido como sendo uma entidade física
que transmite a todo o espaço a informação da existência de um corpo
eletrizado (Q) e, ao colocarmos outra carga (q) nesta região, será constatada a
existência de uma força F de origem elétrica agindo n esta carga (q).
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É importante neste momento, fazer uma analogia entre o campo elétrico
e o campo gravitacional de um planeta. Ao redor de um planeta, existe um
campo gravitacional devido a sua massa, análogo ao campo elétrico que existe
em torno de uma esfera eletrizada. Percebemos então, uma analogia entre as
grandezas físicas de massa e carga elétrica, como sendo responsáveis por gerar os campos gravitacional e elétrico respectivamente.
Para definir, matematicamente, o campo elétrico é necessário definir mos
uma grandeza física que o represente. Esta grandeza é o vetor campo elétrico.
Considerando a definição utilizada anteriormente, o vetor campo elétrico é
dado por:
y E = F/q (lembrando que E e F são vetores)
A força F, à qual a carga q fica submetida será atrativa ou repulsiva,
dependendo do sinal de q.
A direção do vetor campo elétrico terá a mesma direção da reta que une
o ponto considerado e a carga de geradora (Q). Já o sentido do vetor campo
elétrico, depende do sinal da carga geradora (Q):
O campo elétrico gerado por uma carga elétrica (Q) positiva é de
afastamento e, o campo elétrico gerado por uma carga elétrica (Q) negativa é
de aproximação. O sentido do campo elétrico independe do sinal da carga (q)
que sofre a ação da força F.
Potencial elétrico
É a capacidade que um corpo energizado tem de realizar trabalho, ou
seja, atrair ou repelir outras cargas elétricas. 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. Ele
pode ser calculado pela expressão:
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y é o potencial elétrico,
y a energia potencial e
y a carga.
A unidade no S.I. é 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 épreciso adotar um referencial para tal potencial elétrico. Ele é uma região que
se encontra muito distante da carga, localizado no infinito.
Para calcular o potencial elétrico devido a uma carga puntiforme usa -se
a fórmula:
Sendo:y em metros,
y é a constante dielétrica do meio e
y a carga geradora.
Como o potencial é uma quantidade linear, o potencial gerado por várias
cargas é a soma algébrica (usa-se o sinal) dos potenciais gerados por cada
uma delas como se estivessem sozinhas:
V L =
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S per ícies eq ipotenciais
São superfícies de um campo elétrico, onde todos os pontos apresentam
mesmo potencial elétrico, ou seja, suas linhas de força são sempre
perpendiculares a sua superfície.
Se um condutor elétrico apresenta equilí brio em sua superfície, esta
superfície é equipotencial.Sua representação matemática se baseia na expressão do trabalho:
Onde:
= trabalho da força elétrica
q = carga elétrica
(Vb - Va) = diferença de potencial elétrico
Quando A e B estão na mesma superfície equipotencial, então Va = Vb,
apresentando, portanto, uma variação de potencial elétrica nula, igual à zero.
Quando uma carga puntiforme cria um campo elétrico, as superfícies
equipotenciais desse campo são esféricas com centro na carga.
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Num campo elétrico uniforme, as superfícies equipotenciais são
paralelas entre si. Isso acontece pelo fato de serem perpendiculares.
EXPERIMENTAL ± LINHA DE CAMPO ELÉTRICO
Matérias para realiza ão o experimento:
y Vazilha transparente
y Sementes de grama (ou material isolante semelhante);
y Óleo vegetal (de cozinha)
y Gerador de Van der Graaff;
Montagem
y Coloque óleo na vazilha, e enseguida a semente de grama,
y mergulhe nele um eletrodo da forma escolhida,
y ligado por meio de um condutor a esfera do gerador de Van der Graaff.
Obs: Para obter linhas de força de um campo criado por cargas de sinais
contrários, tome dois (2) eletrodos ligando um deles a esfera e o outro a base
do aparelho.Faça a experiência com eletrodos de diversas formas:duas placas
paralelas, os dois eletrodos puntiformes, aneis concêntricos ,etc.
I éia o Experimento
O eletrodo mergulha na vazilha recebe então, cargas de sinais iguais à
esfera, criará no óleo um campo elétrico cujas linhas de força são
materializadas pela colocação de sementes de grama no sistema. Observe que
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as sementes se alinham nas i eções as linhas e f ça. Para ada f rma de
eletrodo li ado ao Van der raaff, desenhe as linha de f orça.
E u m d m
EXPE I E L V S E IP E I IS
i li ç d im
y apel milimetrado
y onte de alimentação de orrente ontinua
y ma azilha de transparente
y Á ua
y on junto de eletrodos eletrost ti os
y abos banana-banana.
m
ESQUEMA 01
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Q estionario
1. O que é campo elétrico?
R: É qualquer região espaço caracterizado por alguma grandeza física
em função (x,y,z,t).
2. O que é ação a distancia?R: Ação a distância é freqüentemente expressa como um fenômeno e
não como uma perspectiva em oposição à ação mediada.
3. Que relação existe entre linhas de força e campo elétrico?
R: Linhas de força foi introduzido pelo físico inglês M. Faraday, no
século passado, com a finalidade de representar o campo elétrico
através de diagramas. Linha de força, geralmente no contexto do
electromagnetismo, é a linha curva, imaginária, cuja tangente d á a
direcção do campo eléctrico num dado ponto e campo elétrico é o
campo de força provocado por cargas elétricas, (elétrons, prótons ou
íons) ou por um sistema de cargas.
4. Qual é a relação entre a desidade de linhas de força e intensidade de
campo elétrico?
R: Quando maior a densidade das linhas de ação ,maior sera o campo
elétrico.
5. O que é potecial elétrico?
R: É a capacidade que um corpo energizado tem de realizar trabalho, ou
seja, atrair ou repelir outras cargas elétricas.
6. O que você entende por superfície equipotencial?
R: S ão superfícies de um campo elétrico, onde todos os pontos
apresentam mesmo potencial elétrico.
7. Os potenciais são valores absolutos ou relativos?
R: Absoluto
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11. Represente esquematicamente as superfícies equipotenciais do campo
elétrico abaixo, no pontos A, B, C, D.
R:
12. Com base na perguta anterior, ordene os potenciais elétricos dos pontos
A, B, C, e D em ordem crescente.
R:
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CONCLUSÃO
Ao analizar o assunto abordado concluí-se que o campo eletríco é o
campo de força provocado por cargas elétricas, como elétrons, prótons e íons,
ou por um sistema de cargas. As cargas de prova positivas encontram-se em
movimento dentro de um campo elétrico. A partir da trajetória dessas cargas,traçam-se linhas que são denominadas linhas de força . Superficies
equipotenciais são superfícies de um campo elétrico, onde todos os pontos
apresentam mesmo potencial elétrico, ou seja, suas linhas de força são sempre
perpendiculares a sua superfície ou seja, Equipotencial é utilizada para
designar uma superfície contínua formada por pontos no espaço nos quais o
potencial eléctrico tem o mesmo valor. .
REFERÊNCIAS
http://www.knoow.net/cienciasexactas/fisica/superficieequipotencial.htm
http://hermes.ucs.br/ccet/defq/mlandreazza/CurAut01.htm#LINHAS%20DE%20
FOR%C3%87A%20DO%20CAMPO%20EL%C3%89TRICO
http://pt.wikipedia.org/wiki/Campo_el%C3%A9trico