Universidade Federal de Itajub´a - UNIFEI Instituto de F´ısica e Qu´ımica - IFQ
FIS413 - F´ısica Experimental III
Experiˆ
encia 1: Campo e potencial eletrost´
aticos
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Objetivos:
1. Determinar as linhas equipotenciais
para algumas distribui¸c˜oes de cargas,
relacionando-as com as linhas de for¸cas
(ou linhas de campo el´etrico).
2. Determinar o vetor campo el´etrico E~(~r), a partir do potencial eletrost´aticoV(~r).
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Material Utilizado:
• Gerador de Van de Graaff
• Fonte de tens˜ao (0 a 30V DC)
• Bandeja circular n˜ao graduada
• Bandeja retangular graduada
• Oleo´
• Farinha de mandioca
• Eletrodos planos
• Eletrodos retos
• Sondas met´alicas
• Volt´ımetro de corrente cont´ınua
• Cabos
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Procedimento experimental
1. Descreva de forma sucinta o aparato do
seu experimento. Pose usar um
de-senho esquem´atico para auxiliar. Efetue
uma foto para o relat´orio.
2. Caracterize os instrumentos de medida
utilizados, anotando na sua folha de
da-dos: faixa nominal, precis˜ao, erro, marca
e modelo.
3.1 Visualiza¸c˜ao das linhas de For¸ca
Encha a bandeja circular com ´oleo 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.
1. Coloque um eletrodo puntiforme no
cen-tro da bandeja e ligue-o `a esfera do
ge-rador de Van de Graaf. Ligue o gege-rador,
aguarde um pouco e bata levemente na
bandeja para melhor visualizar as linhas
de for¸ca.
2. Coloque um outro eletrodo puntiforme a
5 cm do primeiro e ligue-o `a esfera do
ge-rador. Observe as linhas de for¸ca.
3. Inverta o potencial do segundo eletrodo,
desconectando-o da esfera e ligando-o,
agora, ao terminal terra do gerador.
Ob-serve o que ocorre.
4. Substitua os eletrodos puntiformes por
eletrodos planos, ligando um deles `a
es-fera e outro ao terra. Observe o que
ocorre.
1Sugest˜oes e ou corre¸c˜oes: e-mail: adhimarflavio@unifei.edu.br 2https://sites.google.com/site/adhimarflavio/fis413
3.2 Determina¸c˜ao das linhas
equipo-tenciais
1. Encha a bandeja retangular com ´agua e
posicione os eletrodos planos de forma
que eles fiquem paralelos entre si e
separa-dos de aproximadamente 18,0 cm. Cuide
para que os pontos m´edios dos eletrodos
fiquem sobre a reta central longitudinal
da bandeja.
2. Utilizando a fonte de tens˜ao, estabele¸ca
uma diferen¸ca de potencial de 24,0 V
en-tre os eletrodos. A diferen¸ca de
poten-cial deve ser conferida com o uso de um
volt´ımetro que ficar´a conectado aos
ele-trodos durante toda a experiˆencia. O
ter-minal positivo deve ficar `a direita. Adote
como referˆencia (potencial nulo) o
termi-nal `a esquerda.
3. Construa uma tabela com duas colunas
(x(m) e V(V)) e 18 linhas. Usando a
sonda reta, execute uma varradura
cui-dadosa dos pontos situados sobre a linha
central longitudinal da bandeja,
determi-nando os valores do potencial com
inter-valos de 1,0 cm. Fixe o fundo de escala do
volt´ımetro no menor valor que permita a
leitura de todos os potenciais.
4. Com a sonda m´ovel, procure sete pontos
onde o potencial seja igual a 3,0 V. Um
deles deve estar sobre a linha central
lon-gitudinal da bandeja, trˆes `a esquerda e
os outros trˆes `a direita dessa linha. O
espa¸camento entre eles deve ser de pelo
menos 3,0 cm. Anote suas coordenadas
em uma tabela.
5. Repita o procedimento do item anterior,
para os potenciais de aproximadamente
6,0; 9,0; 12,0; 15,0; 18,0 e 21,0 V
ano-tando os valores em uma tabela.
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Relat´
orio
A partir dos dados obtidos na Se¸c˜oes 3.1 e 3.2,
proceder as seguintes an´alises (n˜ao esque¸ca da
propaga¸c˜ao de erros):
• Fa¸ca uma discuss˜ao qualitativa dos
fenˆomenos observados nos itens 1 e 3 da
Se¸c˜ao 3.1.
• Usando os dados obtidos nos itens 4 e 5 da
Se¸c˜ao 3.2, e destacando os pontos
medi-dos, trace em papel milimetrado ou
utili-zando um programa para a constru¸c˜ao de
gr´aficos, as linhas equipotenciais e as
li-nhas de for¸ca (ou lili-nhas de campo). Qual
´e o ˆangulo entre elas? Por quˆe?
• Utilizando os valores obtidos no item 3
da Se¸c˜ao 3.2, e a partir da rela¸c˜ao te´orica
entre o campo e o potencial eletrost´atico
~
E=−∇~V, (1)
determine o valor do campo el´etrico para
cada um dos pontos espa¸cados de 1,0 cm e
situados sobre a linha central longitudinal
da bandeja. Obtenha o valor m´edio desse
campo. Compare este valor com aquele
obtido a partir do gr´afico deV(x) versus
x.
• Determine o m´odulo do vetor campo
el´etrico|E~(x, y)|entre as superf´ıcies equi-potenciais de 9,0 e 12,0 V, numa regi˜ao
qualquer da bandeja. Note que este
m´odulo ´e aproximadamente uniforme em
toda a regi˜ao entre os eletrodos (exceto,
obviamente, em pontos muitos pr´oximos
das extremidades dos mesmos).
Deter-mine o vetor campo el´etrico E~(x, y), em termos dos seus componentes cartesianos,
sobre uma das linhas equipontenciais (9,0
ou 12,0 V). Para isto, tome as linhas
lon-gitudinal centra e transversal como os
ei-xos coordenados. Represente este vetor
no papel milimetrado, ou em um
pro-grama para constru¸c˜ao de gr´aficos.
• O relat´orio deve conter: Introdu¸c˜ao, metodologia, resultados, conclus˜oes e referˆencias. E muito importante´ realizar a propaga¸c˜ao de incertezas. C´opias ser˜ao avaliadas com nota zero!
