Roteiros de Experimentos de Eletricidade I by h8s9KKT

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									Roteiros de Experimentos de Eletricidade I

Experimento 1: Carga Elétrica, Campo e Potencial Elétrico
Objetivos
      Fundamentar o conceito de carga elétrica.
      Trabalhar com os conceitos de campo e potencial elétrico.
      Reconhecer e utilizar o conceito de superfícies equipotenciais.
      Trabalhar com o conceito de campo elétrico uniforme.
      Analisar um caso de campo elétrico não uniforme.


Materiais Necessários

      3 conexões com plug banana-jacaré.
      1 conexão banana-ponta de prova.
      1 cuba de plástico transparente com fixadores de eletrodos.
      2 eletrodos retilíneos que ficam submersos na cuba plástica.
      Água não destilada.
      Fonte cc com tensão ajustável.
      2 Cilindros de alumínio.
      Papel milimetrado.
      Voltímetro.

Fundamentação Teórica

Para expressar a interação entre uma carga Q e uma carga de prova q puntiforme, pode-se
utilizar a Lei de Coulomb escrita da seguinte maneira:

                                          F  q EQ
               Q                  1
Onde E Q  K       r , sendo K 
                   ˆ
               r 2
                                 4
A diferença de potencial Vab=Va-Vb é dada por:

                                               b
                                        Vab   E.dl
                                               a



também chamada “voltagem” entre os pontos a e b e representa a soma de todos os
                         
produtos internos entre EQ e os deslocamentos infinitesimais dl do percurso.
O potencial Va em um ponto a uma distância r da carga puntiforme Q pode ser definido
como:
                                                  Q
                                         Va  K
                                                  r
A equação que relaciona o campo elétrico com a variação do potencial no espaço é dada
por:
                                         E  V
Portanto, podemos medir indiretamente o campo elétrico se soubermos a distribuição do
potencial pelo espaço. Em especial, no caso de placas, paralelas entre si e separadas por
uma distância d, eletrizadas com cargas de mesmo módulo, porém com sinais contrários, o
campo será uniforme e a integral nos fornece:
                                        Vab=EQ . d
Como será o campo elétrico se colocarmos um cilindro metálico no centro da distância
entre as placas?

Primeiro Experimento – Potencial e Campo Elétrico.
ATENÇÃO: PRESTE ATENÇÃO ÀS INSTRUÇÕES DO PROFESSOR QUANTO AO
MANUSEIO DA FONTE DE TENSÃO E DO MULTÍMETRO EM SUA BANCADA! NUNCA
CURTO-CIRCUITE A FONTE E NUNCA LIGUE O AMPERÍMETRO EM PARALELO
COM A FONTE.

1.1 Campo Uniforme.

1- Conecte os eletrodos retilíneos em paralelo na cuba, e quase tocando o fundo desta.
2- Posicione uma folha de papel milimetrado abaixo da cuba, tal que os eletrodos estejam
paralelos às linhas demarcadas.
3- Conecte os terminais dos eletrodos aos terminais da fonte de tensão.
4- Desenhe em uma segunda folha de papel milimetrato um esquema em escala 1:1 da
montagem, com atenção na posição relativa, comprimento e espessura dos eletrodos.
5- Coloque água (não destilada) na cuba até cobrir os eletrodos.
6- Conecte a ponta de prova do multímetro indicada por “COM” em contato com o eletrodo
que estiver ligado ao – negativo da fonte. Suas medidas de voltagem (ddp) serão em
relação ao potencial deste ponto.
7- Ligue a fonte de tensão e a ajuste para 9V.
8- Ligue o voltímetro e meça a ddp entre os terminais, registrando este valor.
9- Selecione agora cinco direções na vertical (retas X1, X2, X3, X4 e X5) e horizontal (retas
Y1, Y2, Y3, Y4 e Y5), e trace na folha de papel externa as retas equivalentes. Identifique
os pontos de intersecção destas retas, numerando-os. Você terá então os pontos
P11(X1,Y1), ..., Pij(Xi, Yj), ... e Pnm(Xn,Ym). Note que estes pontos podem ser arrumados
na forma de uma matriz n x m.
10- Meça a ddp nos pontos de interseção entre estas retas, colocando a ponta de prova
tocando o fundo da cuba sobre o ponto. Repita as medidas em um mesmo ponto Pij quatro
vezes, cada vez com um estudante diferente manuseando o multímetro, determinando a Vij
para cada Pij, o valor médio e sua incerteza.
11- Escreva no papel externo o valor médio dos Vij ± Vij para cada Pij (matriz dos
potenciais).
12- Ligue por uma curva, no papel externo, os pontos Pi com mesmo potencial.
13- Trace os gráficos V versus X e V versus Y para uma reta vertical e uma horizontal. O
conjunto de gráficos para as retas verticais pode ficar em uma mesma folha de gráficos. O
mesmo para as retas horizontais, de forma que somente serão necessárias 2 folhas de
gráficos.
14- Calcule o valor previsto do campo elétrico entre os eletrodos, supondo aplicável o
modelo de placas paralelas eletrizadas.
15- Analise o formato das curvas obtidas no passo 12. Por sua análise, o campo elétrico
pode ser considerado uniforme?
16- Determine as componentes Ex e Ey pelos gráficos traçados e discuta a orientação e o
valor médio do campo elétrico. O campo elétrico é uniforme? Compare seus resultados com
o obtido no passo 14.

2.2 Campo Perturado.

17 – Coloque um cilindro condutor de diâmetro conhecido entre os dois eletrodos.
18 – Repita os procedimentos 7 até 11. No entanto, após medir a tensão entre os
terminais, é sábio colocar o referencial do potencial elétrico no centro do cilindro metálico.
19 – No relatório faça, com o uso de software apropriado, um gráfico do potencial (Z)
como função de x (distância em relação a um dos eletrodos) e de y (distância
perpendicular à x). Tente uma aproximação quadrática, uma linear, uma logarítmica e uma
função a sua escolha e mostre qual delas se aproxima mais dos dados experimentais.
20 - Além de medir o potencial elétrico nos pontos em que ele foi medido anteriormente,
meça também em mais quatro pontos nas vizinhanças de cada um dos anteriores. Escolha
os pontos cuidadosamente. Utilizando estes dados a mais faça um gráfico do campo
elétrico obtido a partir do gradiente do potencial (Z) como função de x e de y. Discuta a
confiabilidade do gráfico do campo elétrico.


# DETALHES IMPORTANTES:
Garanta que os eletrodos estejam bem fixos, paralelos e quase tocando o fundo
da cuba.
Garanta que a água utilizada não seja destilada, caso contrário nenhum efeito
será observado.

O que incluir no relatório.

Das contas e discussões citados nas seções anteriores a ênfase deve ser dada em:
   - Um modelo para o potencial elétrico nas proximidades de um cilindro metálico
      inserido em um campo uniforme a partir de ajuste de curvas teóricas às projeções
      do potencial nos planos V - x e V - y
   - Detalhe a forma como o campo elétrico foi obtido justificando o procedimento, de
      preferência com referências à literatura.
   - Comparações entre teoria e experimento para todos os casos estudados.
   - Desafio: gráfico em 3D de V como função de x e y. Faça o gráfico e interprete
      corretamente.

								
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