Relatório 2 Cuba Etetrostática (Lab. 2 de física)

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Universidade Federal de Alagoas – UFAL 
Campus do Sertão - Eixo Tecnológico 
Cursos de Engenharia Civil e de Produção 
 
 
 
 
 
Disciplina: Laboratório 2 de Física 
Professor: Cícero Rita da Silva 
 
 
 
Experimento 2 
CUBA ELETROSTÁTICA: CARGA, CAMPO E POTENCIAL ELÉTRICO 
 
 
 
 
 
 
 
Delmiro Gouveia - Alagoas 
Maio de 2015 
 
 
 
 
Gabriel Duarte Viana Rodrigues 
Iva Emanuelly Pereira Lima 
Joyce Danielle de Araújo 
 
 
 
 
 
 
Experimento 2 
CUBA ELETROSTÁTICA: CARGA, CAMPO E POTENCIAL ELÉTRICO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Delmiro Gouveia - Alagoas 
Maio de 2015 
Relatório apresentado à disciplina de 
Laboratório de Física 2, como requisito de 
nota parcial da Avaliação Bimestral 1 do 
semestre 2015.1, dos cursos de Engenharia 
Civil e Engenharia de Produção da 
Universidade Federal de Alagoas. Sob 
orientação do professor Cícero Rita da Silva. 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. Introdução - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 04 
2. Objetivos - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 04 
3. Materiais utilizados - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 05 
4. Fundamentação Teórica - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 05 
5. Procedimento Experimental - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 06 
6. Resultados obtidos - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 07 
7. Conclusão - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 09 
8. Referências bibliográficas - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10 
9. Anexos - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
A eletrostática estuda as propriedades das cargas elétricas em repouso e o 
comportamento dos fenômenos decorrentes do equilíbrio da eletricidade dos 
corpos que estão eletrizados (possuem um número total de prótons diferente do 
número total de elétrons). Dessa forma, a energia eletrostática é a energia 
necessária para fornecer uma distribuição de cargas elétricas estáticas, e o seu 
processo é estabelecido de forma que há um princípio da conservação de cargas 
elétricas, onde em um sistema isolado a soma total das cargas elétricas é 
sempre constante. 
 A carga elétrica está presente em tudo o que é matéria, e a mesma é uma 
propriedade essencial e fundamental que determina as interações entre corpos. 
Ao estar em equilíbrio, os corpos não apresentam diferenças de carga e assim 
não possuem carga elétrica perceptível, mas quando há uma desigualdade, esta 
pode apresentar um sinal positivo ou negativo e a sua visibilidade é bem mais 
significativa. 
 Devido às interações entre cargas, uma carga Q com uma carga de prova q, 
ocorre efeitos elétricos nas proximidades destas, e esta característica pode ser 
explicada e caracterizada pela existência de um campo elétrico neste local. Além 
disso, o campo elétrico é um vetor e o seu sentido é determinado de acordo com 
o sinal da sua carga, e assim, dependendo do sinal de cada carga, elas podem 
se atrair ou repelir, e esta capacidade de atração ou repulsão entre cargas 
elétricas é o potencial elétrico. 
 Dessa forma, este relatório tem como objetivo entender a relação de 
eletrostática, carga, campo e potencial elétricos, além de analisar e compreender 
na prática os mecanismos decorrentes de cada característica citada. 
 
2. OBJETIVOS 
- Entender o conceito de eletrostática e como este processo ocorre; 
- Compreender o conceito de carga, campo e potencial elétricos, e quais as 
relações existentes entre eles; 
- Evidenciar na prática as decorrências das características de potencial elétrico, 
bem como estudar as superfícies que possuem potencial elétrico igual; 
- Observar como se dá o processo das superfícies que possuem potencial 
elétrico igual e analisar o que acontece, além de caracterizar um campo elétrico 
uniforme; 
 
 
 
3. MATERIAIS UTILIZADOS 
Para o presente experimento o grupo fez uso dos seguintes materiais: 
- Uma fonte de tensão CC- com tensões entre 19 e 21 Volts; 
- Um multímetro; 
- Uma cuba de plástico transparente; 
- Dois eletrodos retilíneos; 
- Um eletrodo circular; 
- Uma haste fina; 
- Água não destilada; 
- Papel milimetrado; 
- Sal de cozinha (NaCl); 
- Régua. 
 
4. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
O campo elétrico é um campo vetorial, sendo constituído por vetores 
distribuídos para cada ponto de uma região em torno de um objeto eletricamente 
carregado. Se temos um campo E e alguma carga inserida em um 
determinado ponto deste campo, chamamos essa carga de carga de prova q. 
Cargas deste tipo estão sujeitas a força eletrostática. Daí tira-se a relação entre o 
campo e uma carga de prova, obtendo a seguinte equação de campo elétrico: 
�⃗� =
𝐹 
𝑞0
 
O campo elétrico produzido por E a uma distância r pode ser determinado 
pela Lei de Coulomb, onde fundamenta-se o módulo da força eletrostática que age 
sobre q da senguinte forma, 
𝐹 =
1
4𝜋𝜀0
|𝑞1||𝑞2|
𝑟2
 
no qual, é a constante de permissividade do vácuo 𝜀 tem o valor igual a 
8,85 ∗ 10−12𝐶2/𝑁 ∗ 𝑚2 
O sentido da força eletrostática dependerá da carga pontual q. Se a carga 
pontual tem mesmo sinal que a carga de prova, então tem-se uma repulsão entre 
elas. Por outro lado, se a carga pontual tiver sinal oposto ao da carga de prova, 
 
 
então tem-se uma atração entre elas. Desta forma, o vetor campo tem o mesmo 
sentido da força eletrostática. 
 
Ademais o campo elétrico pode ser dado através do conceito de potencial em 
um ponto do espaço. O potencial elétrico pode ser definido como a capacidade que 
um corpo energizado tem de atrair ou repelir outras cargas ao redor do seu campo 
elétrico. Podemos expressar o potencial elétrico da seguinte forma: 
 
𝑉 =
𝐸𝑝
𝑞
 
 onde 𝐸𝑝 é a energia potencial. 
Uma superfície em que todos os pontos sobre ela possuem o mesmo potencial é 
denominada superfície equipotencial. Uma linha a qual todos os pontos dela tenham 
o mesmo potencial pode ser chamada, igualmente, de superfície equipotencial. Além 
disso, o trabalho realizado para deslocar uma carga de prova depende da diferença 
de potencial; para superfícies equipotenciais o trabalho é nulo. Portanto, as linhas de 
forças e o vetor campo elétrico são sempre paralelas e perpendiculares, 
respectivamente, as superfícies equipotenciais. 
 
5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
O procedimento experimental foi dividido em algumas etapas. A primeira 
etapa foi composta em montar todo o esquema para a realização do presente 
experimento (Anexo- imagem 01). Alguns dos materiais utilizados foram: uma fonte 
de tensão CC, multímetro, cuba de plástico transparente, eletrodos retilíneos e 
circulares, dentre outros (Anexo- imagem 02). Os eletrodos retilíneos foram 
conectados em paralelo nas extremidades da cuba; em uma folha de papel 
milimetrado duas linhas bem centralizadas foram marcadas, na horizontal e na 
vertical, e logo após esta folha foi posicionada abaixo da cuba, levando em conta 
que os eletrodos estivessem paralelos às linhas demarcadas; foi colocada água não 
destilada (água da torneira) na cuba até os eletrodos ficarem submersos; foi 
adicionado sal de cozinha (NaCl) à água para aumentar o processo de 
condutividade. 
Para a segunda etapa, depois da organização do esquema para a realização 
da experiência,o processo inicial da prática foi dado por: Inicialmente, a ponta de 
prova do multímetro foi colocada em contato com os eletrodos da fonte, e verificou-
se qual o lado que possuía o sentido negativo e o positivo, e assim a ponta de prova 
foi conectada com o eletrodo que estava ligado ao negativo da fonte, para que as 
medidas de voltagem fossem medidas em relação ao potencial deste ponto; A fonte 
de tensão CC foi ligada na escala de 200 V, o voltímetro também foi ligado, medido 
a sua diferença de potencial (ddp) e foi registrada esta medição. 
 
 
Ainda para a segunda etapa, para a marcação das coordenadas e fazer a 
análise dos pontos onde as voltagens e o potencial elétrico possuíam o mesmo 
valor, foi necessário: marcar o primeiro ponto de medida, ou seja, marcar um ponto 
de referência onde o potencial elétrico é zero e alinhar as retas que já estavam 
traçadas no papel milimetrado com este ponto (Anexo- Imagem 03); Depois com 
uma fita isolante, um ponto de prova do multímetro foi fixado na extremidade da 
cuba onde a voltagem media 0 V, e o outro ficou livre para medir o potencial 
eletrostático de outros pontos que possuíam o mesmo valor de potencial. 
Na terceira etapa, foram verificados cinco pontos que possuíam o mesmo 
valor de potencial para cada voltagem diferente, as superfícies equipotenciais 
deveriam medir 0 V, 2 V, 4 V, 5 V e 7 V. Feito isto, as coordenadas (X, Y) destes 
pontos foram anotadas (Anexo- imagem 04). Este processo foi feito de modo 
análogo para todas as superfícies equipotenciais citadas anteriormente (Anexo- 
imagens 05 a 06). 
A quarta etapa foi constituída em: através das coordenadas marcadas de 
cada ponto que possuíam o mesmo potencial elétrico foi ligada uma curva média no 
papel milimetrado; após marcar as curvas referentes a cada voltagem, foi feita uma 
curva para a de 0 V, 2 V, 4 V, 5 V e 7 V, cada, foi desenhado um conjunto de linhas 
ortogonais a cada curva; feita a marcação do conjunto de linhas ortogonais, foi feita 
a análise da localização das linhas de campo e o porquê delas serem ortogonais às 
superfícies equipotenciais; Foram desenhados cinco vetores de campo elétrico, 
colineares com as linhas tracejadas (Anexo- gráfico 01), e foram calculados os 
valores referentes para o valor médio do campo elétrico entre duas superfícies 
equipotenciais a e b de cada ponto, a fórmula utilizada para este cálculo foi: 
ǀVabǀ= ǀEabǀ.∆.d 
Ainda para a quarta etapa, após fazer a realização dos cálculos sobre cinco 
linhas de campo elétrico desenhadas, o campo elétrico foi analisado e observado se 
o mesmo poderia ser considerado como um campo elétrico uniforme e assim, foram 
feitas as anotações e conclusões. 
 
6. RESULTADOS OBTIDOS 
Ao fazer a montagem de todo o esquema para a realização deste 
experimento, foi adicionado sal de cozinha (NaCl) à água, isto foi feito para 
aumentar a condutividade do sistema, uma vez que a água além de dissolver o sal, 
dissocia a molécula do sal por solvatação, onde o sódio elementar (Na) apresenta 
um elétron em excesso e o cloro (Cl) apresenta uma forte afinidade por elétrons, o 
sódio perde um elétron para o cloro, havendo a formação dos íons Cl- e Na+, e com 
a presença destes íons a condutividade da água é aumentada. E assim, ocorre uma 
melhor facilitação ao marcar os pontos que possuem o mesmo potencial elétrico 
 
 
(superfícies equipotenciais). 
Ao colocar o ponto de prova nas laterais e ligar a fonte de tensão CC na 
escala de 200 V e o voltímetro, foi medido a sua diferença de potencial (ddp). Foi 
registrado um valor de 19,9 V (tensão de entrada), e esta é a energia que está 
sendo aplicada, inicialmente. 
Com um ponto de prova fixo e outro livre para fazer a análise dos pontos 
onde as voltagens e o potencial elétrico possuíam o mesmo valor, foram realizadas 
as marcações das coordenadas (X,Y) para cada voltagem, e as coordenadas foram 
as seguintes: 
Para 2 V: (2,1; 3) cm 
 (2,5; 5,4) cm 
 (1,6; 0) cm 
 (1,7; -2,6) cm 
 (2,1; -6,1) cm 
Para 4 V: (4,2; 5) cm 
 (3,6; 1,9) cm 
 (3,1; 0) cm 
 (4; -4,9) cm 
 (3,6; -3,5) cm 
Para 5 V: (5,6; 4,6) cm 
 (3,9; 0,6) cm 
 (4; 0) cm 
 (5,6; -6,9) cm 
 (4,1; -2,6) cm 
Para 7 V: (10,3; 5,3) cm 
 (10,7; 4,3) cm 
 (5,4; 0) cm 
 (8,8; -7,4) cm 
 (6,85; -4,4) cm 
 
 
Com um papel mlimetrado, marcou-se os pontos com mesmo potencial e 
interligou com uma projeção de uma curva. Feito isso, desenhou-se ortogonalmente 
as linhas de campo às superfícies equipotenciais, já que se as linhas de campo não 
fossem perpendiculares as superfícies equipotenciais, não realizariam trabalho por 
partículas carregadas. 
Tendo concluído o gráfico, analisou-se os pontos e calculou o campo elétrico 
entre as superfícies equipotenciais. 
Para obter a distância, observou os pontos onde as linhas de campo 
passavam entre duas superfícies equipotenciais, calculando a diferença entre os 
pontos no eixo cartesiano, obteve-se a distância pelo Teorema de Pitágoras. 
Campo entre superfície de 0 a 2V 
(Vf-Vi)= E.d => E = 125 N/C 
Campo entre superfície de 2 a 4V 
(Vf-Vi)= E.d => E = 124,2 N/C 
Campo entre superfície de 4 a 5V 
(Vf-Vi)= E.d => E = 99,8 N/C 
Campo entre superfície de 5 a 7V 
(Vf-Vi)= E.d => E = 104,2 N/C 
 Analisando o gráfico 01 e os resultados obtidos neste experimento, pode-se 
considerar o campo elétrico como uniforme, uma vez que o vetor campo tem mesma 
direção, sentido e intensidade em cada superfície equipotencial. Além disso, o 
campo elétrico diminui com o aumento do quadrado da distância, e as linhas de 
força de um campo são sempre tangentes ao vetor campo, e portanto, em um 
campo uniforme as linhas de força são retas e paralelas, e nas superfícies 
equipotenciais o vetor campo tem o mesmo valor para qualquer ponto da mesma. 
 
7. CONCLUSÃO 
A carga de um objeto eletricamente carregado é caracterizada pela presença de 
um campo elétrico, neste existe vetores que são tangentes a superfície do objeto em 
questão, e ao redor do mesmo, um corpo energizado tem a capacidade de atrair ou 
repelir outras cargas presentes, e este fenômeno é denominado potencial elétrico. 
As regiões em que o potencial tem a mesma intensidade são conhecidas como 
superfícies equipotenciais. 
 
 
Portanto, o grupo pode concluir que há, de fato, uma relação entre carga, campo 
e potencial elétrico. No relatório em questão, foi demonstrado que um campo elétrico 
uniforme é composto por vetores campo que têm mesma direção, sentido e 
intensidade, e isto foi observado através do gráfico de linhas de campo das 
superfícies equipotenciais. Assim, os conceitos estudados em sala sobre carga, 
campo e potencial elétricos foram comprovados em prática. 
 
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
GOTO, Mario. Campo eletrostático de uma carga em repouso num campo 
gravitacional uniforme. Revista Brasileira de Ensino de Física, 2009, v.31, n.4, 4307. 
Disponível em http://www.scielo.br/pdf/rbef/v31n4/v31n4a09.pdf. Acesso em 30 de 
abril de 2015. 
HALLIDAY, David. Fundamentos de Física, volume 3: eletromagnetismo, 8ª edição. 
Tradução: Ronaldo Sérgio de Biase. Rio de Janeiro. LTC, 2009. 
Notas das aulas de Laboratório 2 de Física, Engenharia Civil e Engenharia de 
Produção, 5º semestre, Universidade Federal de Alagoas, Campus do Sertão, 
professor Cícero Rita, maio de 2015. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXOS 
 
 
Imagem 01- Montagem dos materiais para o experimento Cuba Eletrostática: Carga, 
Campo e Potencial Elétricos. Fonte: Própria. 
 
 
Imagem 02- Alguns dos materiais utilizados: Fonte de tensão CC, multímetro, cuba deplástico transparente, dentre outros. Fonte: Própria. 
 
 
 
 
Imagem 03: Marcação de um ponto de referência para analisar as superfícies 
equipotenciais. Fonte: Própria. 
 
 
Imagem 04: Analisando as coordenadas (X, Y) dos cinco pontos que possuíam o 
mesmo valor de potencial. Fonte: Própria. 
 
 
 
 
Imagem 05: Repetindo o processo de analisar as superfícies equipotenciais para 
cada voltagem. Fonte: Própria. 
 
 
Imagem 06: Processo análogo de analisar as superfícies equipotenciais para cada 
voltagem. Fonte: Própria. 
 
 
 
 
Gráfico 01: Traços das superfícies equipotenciais do dipolo analisado no experimento 
em questão. Fonte: Própria.