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1 A.L.2.1 CAMPO ELÉCTRICOE SUPERFÍCIES EQUIPOTENCIAIS FÍSICA 12.ºANO BREVE INTRODUÇÃO As cargas eléctricas criam campos eléctricos cuja forma está relacionada com o valor dessas cargas e com a sua distribuição espacial. Neste trabalho pretende-se estudar algumas características de um campo eléctrico criado por duas placas planas e paralelas, dando resposta às seguintes questões: Como medir o potencial eléctrico num ponto entre as placas? Qual a forma das superfícies equipotenciais e como verificar experimentalmente essa forma? Como varia a diferença de potencial entre duas linhas equipotenciais com a distância que as separa? Qual o módulo do campo eléctrico criado pelas placas? OBJECTIVOS Identificar o tipo de campo eléctrico criado por duas placas planas e paralelas. Identificar o sentido das linhas de campo. Medir o potencial num ponto. Investigar a forma das superfícies equipotenciais. Relacionar o sentido do campo com o sentido da variação do potencial. Verificar se a diferença de potencial entre duas superfícies equipotenciais é ou não independente da placa de referência utilizada para a medir. Calcular o módulo do campo eléctrico criado entre as duas placas planas e paralelas.

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A .L .2.1 CAMPO ELÉCTRICOE SUPERFÍCIES EQUIPOTENCIAIS

FÍSICA 12.ºANO

BREVE INTRODUÇÃO

As cargas eléctricas criam campos eléctricos cuja forma está relacionada com o

valor dessas cargas e com a sua distribuição espacial. Neste trabalho

pretende-se estudar algumas características de um campo eléctrico criado por

duas placas planas e paralelas, dando resposta às seguintes questões:

Como medir o potencial eléctrico num ponto entre as placas?

Qual a forma das superfícies equipotenciais e como verificar experimentalmente

essa forma?

Como varia a diferença de potencial entre duas linhas equipotenciais com a

distância que as separa?

Qual o módulo do campo eléctrico criado pelas placas?

OBJECTIVOS

• Identificar o tipo de campo eléctrico criado por duas placas planas e

paralelas.

• Identificar o sentido das linhas de campo.

• Medir o potencial num ponto.

• Investigar a forma das superfícies equipotenciais.

• Relacionar o sentido do campo com o sentido da variação do potencial.

• Verificar se a diferença de potencial entre duas superfícies equipotenciais

é ou não independente da placa de referência utilizada para a medir.

• Calcular o módulo do campo eléctrico criado entre as duas placas planas

e paralelas.

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TRABALHO LABORATORIAL

MATERIAL E EQUIPAMENTO (POR GRUPO)

• tina em material transparente (p. e. acrílico.) com solução condutora (por

exemplo, sulfato de cobre)

• duas placas de cobre com as dimensões aproximadas do lado menor da

tina

• gerador de c.c. (p. e. de 0-6V)

• multímetro ou voltímetro de zero ao centro

• fios de ligação

• ponta de prova

• crocodilos

• folhas de papel milimétrico: uma (ou mais, de acordo com as dimensões

da tina) colocada sob a tina e outra para servir de documento de registo

dos valores obtidos.

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PROCEDIMENTOS

1. Numa folha de papel milimétrico traçar linhas verticais de referência.

2. Colocar o fundo da tina no papel milimétrico, que serve de documento de

registo e assinalar a posição dos eléctrodos e a respectiva polaridade.

3. Criar um campo eléctrico no interior da tina, que deve conter uma

solução condutora (por exemplo, sulfato de cobre), com

aproximadamente 1 cm de altura, ligando o gerador às placas de cobre.

Usar corrente contínua, com uma diferença de potencial de 10V. As

placas devem estar sobre duas linhas verticais de referência.

4. Medir o potencial ao longo das linhas de referência entre as placas em

intervalos regulares (2 em 2 cm), com a ponta de prova colocada

verticalmente em relação ao fundo da tina.

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REGISTO E TRATAMENTO DE DADOS

Potencial

eléctrico ao

longo da linha

V2 (V) V4 (V) V5 (V) V6 (V) V7 (V)

Medições

4.00E-04 3.00E-04 1.00E-04 1.00E-04 0.00E+00

4.00E-04 2.00E-04 1.00E-04 1.00E-04 0.00E+00

4.00E-04 2.00E-04 1.00E-04 1.00E-04 0.00E+00

4.00E-04 2.00E-04 1.00E-04 1.00E-04 0.00E+00

4.00E-04 2.00E-04 2.00E-04 1.00E-04 0.00E+00

Média 4.00E-04 2.20E-04 1.20E-04 1.00E-04 0.00E+00

Aparelhos de medida Incerteza

Multímetro ± 0,01 V

Régua ± 0,05 cm

|V5- V4| (V) |V6- V5| (V) |V7- V6| (V) |V7- V4| (V)

1.00E-04 2.00E-05 2.20E-04 2.20E-04

Distância entre a

linha 4 e 5 (m)

Distância entre a

linha 5 e 6 (m)

Distância entre a

linha 6 e 7 (m)

Distância entre a

linha 4 e 7 (m)

0.01 0.01 0.01 0.03

E4,5 (V/m) E5,6 (V/m) E6,7 (V/m) E4,7 (V/m)

1.00E-02 2.00E-03 2.20E-02 7.33E-03

Na região entre duas placas condutoras muito próximas com cargas de sinais

contrários, o campo eléctrico é aproximadamente uniforme. Quando estamos na

presença de u campo uniforme, o módulo do campo eléctrico é (d é a distância

entre duas linhas equipotenciais):

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! =!! − !!

!

Cálculos efectuados

!!,! =!! − |!!|

!=  1,00×10!!

0,01  = 1,00×10!!V/m

!!,! =!! − |!!|

!=  2,00×10!!

0,01  = 2,00×10!!V/m

!!,! =!! − |!!|

!=  2,20×10!!

0,01  = 2,20×10!!V/m

!!,! =!! − |!!|

!=  2,20×10!!

0,03  = 7,33×10!!V/m

DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Os resultados confirmam que a previsão da posição das superfícies

equipotenciais estava correcta. Sendo um campo uniforme, as superfícies

equipotenciais são perpendiculares às linhas de campo.

CONSIDERAÇÕES

1. Cada grupo de alunos deve fazer estas medições sobre diferentes linhas

de campo para as poderem comparar e melhor validar as conclusões

finais.

2. O uso da solução de sulfato de cobre pode levar à electrólise, tornando o

sistema instável. Em alternativa pode usar-se água destilada, mas com

corrente alterna, em vez de corrente contínua.

3. Ter cuidado de efectuar as medições correctamente, dentro dos limites

das placas.

4. Deve demonstrar-se que a diferença de potencial entre as duas

superfícies equipotenciais é independente da placa de referência.

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BIBLIOGRAFIA

Ventura, G., Fiolhais, M., Fiolhais, C., & Paixão, J. A. (2009). 12 F - Física - 12.º

ano. Lisboa: Texto Editores, Lda.

Fiolhais, M., & al., e. (2004). Programa de Física, 12º ano. Ministério da

Educação.