Em Física, superfície equipotencial é o lugar geométrico dos pontos que apresentam potenciais iguais. Como são em número infinito e contínuas, costumamos representar apenas algumas superfícies equipotenciais, correspondendo cada uma a determinado valor de potencial elétrico, o que permite uma noção do conjunto da figura acima.
Os desenhos são, obviamente, cortes nas situações tridimensionais. Assim, as superfícies aparecem em nossos diagramas como linhas.
Propriedades das superfícies equipotenciais
1. O trabalho da força elétrica durante o deslocamento de uma carga elétrica puntiforme sobre uma superfície equipotencial é nulo.
2. As superfícies equipotenciais são, em cada ponto, ortogonais à linha de força que representa o campo elétrico e, consequentemente, ortogonais ao vetor campo elétrico
Vejamos um exemplo básico:
Considere as superfícies equipotenciais a seguir, S1, S2 e S3, com seus respectivos potenciais elétricos indicados, e determine o trabalho realizado pela força elétrica que atua em uma partícula de carga elétrica 2 mC, quando essa partícula se desloca do ponto A ao ponto D, percorrendo a trajetória indicada.
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Resolução:
O trabalho realizado pela força elétrica não depende da trajetória percorrida pela partícula. Depende apenas do valor da carga da partícula e da diferença de potencial, ou seja, da ddp, entre os terminais A e D. Sendo assim, temos:
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sempre perpendiculares ao papel quadriculado, com o intuito de marcar esses pontos, a fim de formar as linhas equipotenciais, e as linhas de força do campo elétrico, fazendo esse procedimento para todas as configurações. Por fim, estudar cada comportamento pela geometria formada. 4 5. QUESTIONÁRIO 1) Como verificar experimentalmente se numa determinada região do espaço há um campo elétrico? Primeiro, devemos saber que esse campo produzido vai gerar uma determinada forma geométrica, formada pelo conjunto de pontos que o compõem, no qual obrigatoriamente existirão pontos em que a diferença de potencial entre eles será nula (equipotenciais), em que a medida pode ser feita pelo multímetro. Como também, podemos medir a presença de um campo elétrico produzido por uma carga, ao colocar outra carga, de sinal igual ou diferente, próxima da primeira, esta nova carga, chamada de carga de prova, sofre um deslocamento por conta que é gerada uma força de atração ou repulsão, que vai depender dos sinais das duas cargas, indicando a ação gerada pelo campo elétrico, em que suas direções podem ser representadas pelas linhas de força. 2) Como verificar experimentalmente se numa determinada região do espaço há um campo gravitacional? Devemos saber primeiramente que para existir um campo gravitacional em uma determinada região do espaço, a energia potencial que é exercida sobre um ponto inicial qualquer, dever ser diferente da energia que é exercida sobre outro ponto, em uma posição diferente. Como sabemos a energia potencial não depende do caminho, logo, só depende do ponto inicial e final do corpo. Por fim, experimentalmente é possível constatar a sua presença pegando dois pontos quaisquer, assim qualquer objeto presente na região gerada por eles sofrerá a ação do campo gravitacional. 3) Duas linhas de força nunca se cruzam. Por quê? Por definição as linhas de forças são escritas como as tangentes ou coeficientes angulares de determinado ponto na carga, correspondendo a direção do campo elétrico. Assim, se ocorresse uma situação em que essas linhas de força se cruzassem, geometricamente haveriam duas retas tangentes naquele ponto, gerando dois valores diferentes para o campo elétrico, provando que essa situação é impossível, pois um ponto só gera uma direção do campo elétrico e consequentemente só um valor para ele. 5 4) Duas superfícies equipotenciais diferentes podem interceptar-se? Justifique. Não, pois sabemos que pelo fato de serem equipotenciais essas duas superfícies tem o mesmo potencial elétrico, assim, se analisarmos duas superfícies equipotenciais diferentes, percebemos de forma clara, que nelas os potenciais elétricos também terão valores diferentes. Portanto, se essas duas superfícies se interceptassem haveria duas energias potenciais para um mesmo ponto no espaço. 5) Em qual das configurações desta prática foi obtido um campo elétrico aproximadamente constante? Justifique. Por meio da análise de todos os casos, é possível perceber uma constância quando feito o campo elétrico gerado pelas barras paralelas. Por conta que as superfícies equipotenciais representam retas paralelas as barras, dessa forma, o campo elétrico pelo princípio de que deve ser perpendicular as superfícies equipotenciais, prova que nessa configuração se verifica que ele é praticamente constante. 6) É possível isolar uma pequena região do espaço das forças elétricas? Como? Sim. Para fazer isso, é necessário que peguemos uma superfície metálica condutora, pois ela tem a capacidade de distribuir as cargas por toda sua superfície uniformemente, a partir disso, devemos fecha-la por completo na região que queremos isolar, assim por meio das suas propriedades, ela não vai permitir que forças elétricas de fora interfiram dentro dessa região fechada e por definição o fluxo do campo elétrico dentro dela é nulo. Tal conceito é o mesmo usado na Lei de Gauss e essa superfície metálica é conhecida como gaussiana. No cotidiano ela tem uma aplicação muito interessante também, no que chamamos fisicamente de blindagem eletroestática, como exemplo, se em um dia de chuva com raios, você ficar dentro do seu carro, nada vai lhe acontecer, pois o carro se torna essa superfície metálica condutora que vai interferir que forças elétricas atuem dentro dele, protegendo das descargas elétricas (raios). 6 6. CONCLUSÃO Por meio de todo aparato eletrônico fornecido para realização do experimento, foi possível realizar cada parte do procedimento de forma correta de acordo com as configurações fornecidas, para provar como se comportava o campo elétrico nas mais variadas situações de corpos carregados. No estudo da eletricidade o campo elétrico é muito conhecido tanto por alunos de ensino médio como para os de ensino superior, porem é um conceito que exige uma abstração apurada do estudante, pois ele é gerado por uma carga carregada, mas só é percebido palpavelmente quando é aproximada outra carga próxima dessa primeira, e dessa forma é sentida sua ação sobre essa segunda carga. Portanto, é por meio de experimentos em laboratório que são mostrados que todos os conceitos, na prática, se comportam como ditos na forma conceitual e sanam todas as dúvidas que ainda existam. O procedimento foi bem explicado inicialmente pelo professor, no qual era necessário saber que o campo elétrico é sempre perpendicular a um ponto equipotencial, dessa forma, o foco principal em cada configuração era achar esses pontos onde essa diferença de potencial era zero, ou bem próxima disso, pois em alguns casos foram usados valores aproximados, que variavam de 0.01 a 0.05 (V), obtidos a partir do multímetro. A montagem dos equipamentos foi simples, mas feita com cautela, fixando com precisão o sensor e na hora de fazer a medição manualmente, deixando-o sempre perpendicular ao plano do papel quadriculado, como também muita paciência na obtenção dos pontos em cada configuração necessária, para que o valor encontrado no multímetro fosse 0 ou muito próximo disso, para formar a linhas equipotenciais corretas em cada caso, a fim de verificar as linhas de força geradas pelo campo elétrico. Para cada configuração, por meio da teoria de como iria se comportar o campo, já se tinha uma noção de onde existiriam os pontos com o DDP igual a zero, se tornando um facilitador para encontrar os dados pedidos. A partir da realização de todas as configurações, foram encontrados pontos que ligados formavam geometrias condizentes com o esperado, dessa forma, o campo elétrico se comportaria da forma esperada. Tendo em vista que os resultados foram coerentes, para finalizar, com a resolução dos exercícios que buscavam compreender se todos os conceitos estavam realmente fixados, foi possível verificar que a prática foi realizada de forma satisfatória e coerente a teoria. 7 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS - Sears, Francis W.; Zemansky, Mark W.; Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. Física 3- 12ª edição - 2008. Pearson Addison Wesley. São Paulo. - DIAS, Nildo Loiola – Eletricidade e Magnetismo I - Roteiro de Práticas – Campo Elétrico - Fortaleza – 2018.
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