R3 - Potencial Elétrico PDF

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física experimental...

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Relatório 3 – Potencial Elétrico Grupo: 1) Arthur de Oliveira Azevedo 2) Gabriel da Silva Vencionek 3) Abraao Cavalcante Lima Araujo 4) Mariana Pereira Guarino da Silva

Nesta atividade usaremos a simulação 'cargas e campos', desenvolvida pelo PhET da Universidade do Colorado, para estudar o potencial elétrico de diferentes arranjos de carga puntiformes. Para acessar o simulador clique em:

https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-and-fields_pt_BR.html

Objetivos: A - Estudar o potencial elétrico gerado por diferentes conjuntos de cargas pontuais B - Explorar a relação entre o campo elétrico e potencial elétrico

1) Coloque uma carga positiva no centro da grade, na intersecção das linhas principais da grade. Pegue um sensor de tensão e mova-o pela grade, observando como os valores mudam. Troque a carga positiva por uma carga negativa. Qual a diferença entre as duas situações? (1,5 ponto)

Quanto à carga positiva, quanto mais próximo o sensor de tensão esteve desta carga maior era a voltagem e à medida que tal sensor se afastava da carga, menor era o valor da tensão marcado. Agora quanto à carga negativa, quanto mais perto o sensor estava da carga menor era o valor da tensão e à medida que o mesmo se afastava, a ddp aumentava. Abaixo estão algumas imagens que demonstram o comportamento do sensor de tensão em ambas as situações, sob distâncias diferentes.

2) Crie uma configuração de cargas semelhante à de um dipolo, mas use duas cargas positivas. Coloque-as a uma distância de 2m uma da outra. Clique em 'Valores'.

a) Qual o valor do campo elétrico e do potencial elétrico no ponto intermediário entre as cargas? Qual a direção do campo? (1,0 ponto)

O valor do campo elétrico é muito próximo de zero, no simulador deu 0,32 V/m , já o potencial elétrico deu 18,03 V. Como o campo elétrico é muito próximo de zero , ele não vai possuir uma direção.

b) Complete o desenho esquemático abaixo. Adicione os valores de campo e potencial nos 5 pontos da linha vertical que corta no meio o segmento de linha que liga as cargas. Desenhe as equipotenciais que passam por estes pontos. (Vocês podem tirar uma foto do simulador com todas essas informações e postar aqui). (1,0 ponto)

OBS:Os valores dos potenciais estão sendo mostrados nas equipotenciais.

3) Limpe a grade. Coloque quatro cargas, duas positivas e duas negativas, em quatro pontos aleatórios da grade. Clique em "Valores". Arraste o sensor de voltagem nas proximidades das cargas e clique no ícone de lápis. Uma linha aparecerá rotulada por um número. a) Mova o sensor de voltagem de maneira que a interseção da mira permaneça na linha. O número no sensor muda? Qual é o significado físico dessa linha? (1,0 ponto) Ao mover o sensor de voltagem por cima da linha, o valor do sensor não muda. Significa que a diferença de potencial ou tensão elétrica na linha é constante, logo, seus valores são iguais em todos os pontos. Dizemos que é uma superfície equipotencial.

b) Mova o sensor para um local diferente e clique no ícone do lápis novamente. Dessa maneira, crie umas 8 linhas.

c) Pegue um sensor de campo elétrico e mova-o em uma linha equipotencial. O que você pode dizer sobre a maneira como a magnitude e a direção do campo elétrico mudam à medida que o sensor viaja pela linha? (1,5 ponto)

A magnitude é alterada de acordo com a distância e a direção do campo elétrico segue as linhas de campo resultante das cargas.

d) Coloque 3 sensores de campo elétrico em 3 pontos entre as linhas equipotenciais. Observe que cada sensor estará cercado por duas linhas de potenciais diferentes. Descreva como a direção do campo elétrico na posição dos sensores se comporta em termos do aumento ou diminuição dos valores nas linhas equipotenciais que cercam o sensor. (1,5 ponto)

Com a utilização dos sensores é possível notar que a direção do campo elétrico na qual exerce é a mesma direção determinada pelo campo resultante, sendo o valor referente com o equipotencial mais perto dele no campo.

4) Limpe a grade. Coloque uma carga positiva no centro da grade. Desenhe cinco círculos equipotenciais com os potenciais de 10 Volts, 8 Volts, 6 Volts, 4 Volts e 2 Volts. (Pode ser difícil obter os valores precisos, mas tente chegar o mais perto possível).

Pegue um sensor de campo elétrico e mova-o em linha reta, cruzando as linhas equipotenciais. Anote na tabela abaixo as seguintes grandezas: o valor do potencial de cada círculo equipotencial, o valor do módulo do campo elétrico em cima de cada linha equipotencial e a distância do círculo equipotencial até a carga. (1,0 ponto)

V (v)

E (V/m)

d (m)

10,0

11,00

0,90 ± 0,05

8,0

7,21

1,11 ± 0,05

6,0

3,91

1,51 ± 0,05

4,0

1,79

2,23 ± 0,05

2,0

0,44

4,50 ± 0,05

Como essas 3 grandezas estão relacionadas? Olhando para as expressões do campo e do potencial gerado por uma carga puntiforme você poderia ter antecipado esse resultado? (1,5 ponto)

Percebe-se que quanto maior é a tensão, menor será o raio e quanto maior for o campo, menor será o raio, que permite deduzir que tanto V(potencial) quanto E(campo) dependem dessa variação do raio (distância). Sim, as expressões 𝑉 = 𝑘 ·

𝑞 𝑟

=

1 4πϵ

· 0

𝑞 𝑟

e𝐸 = 𝑘 ·

𝑞 2

𝑟

=

1 4πϵ

· 0

𝑞 2

𝑟

permitem analisar que há sim uma

relação de dependência do valor de r, e como este está no denominador, quanto maior for o seu valor menor será o número multiplicando k e consequentemente menor será o potencial ou o campo, o que corrobora os resultados obtidos nos experimentos, cujas imagens referentes aos potenciais desejados estão abaixo....