Objetivamos nas 3 experiências a serem apresentadas, estudar, qualitativamente, o Campo Elétrico.

Na 1ª experiência buscamos mostrar de forma simples o comportamento do campo elétrico em sua representação mais comum e simplificada, na forma de Linhas de Força, campo esse gerado por uma ou mais cargas puntiformes.

Na 2ª experiência buscamos observar o comportamento do campo elétrico uniforme através do movimento de tiras de papel presas em placas, representando placas infinitas, colocadas paralelamente, sendo o campo gerado por um Gerador de Van der Graff.

Na 3ª experiência buscamos observar o comportamento do campo elétrico em relação à Rigidez Dielétrica do meio em que ele está inserido. Primeiramente, o meio é o ar atmosférico em seu estado bruto, e posteriormente, passamos a observar o campo através do ar atmosférico ionizado pela chama de uma vela.

Fundamentos Teóricos

A representação mais comum da geometria do campo é a da forma de Linhas de Campo, ou Linhas de Força. As Linhas de Força nada mais são que linhas traçadas no plano ou no espaço, e que procuram indicar a direção e o sentido do campo, assim como a intensidade relativa à geometria de tal campo. A concentração das Linhas procura indicar a intensidade do campo, assim como a distância entre as linhas também demonstram esse fato. Já a direção do campo é indicada pela direção das Linhas, que seguem o mesmo princípio do campo, saindo do pólo positivo para o negativo, indicando a trajetória teórica de uma partícula positiva em meio ao campo. Pode-se verificar que no caso de cargas puntiformes, as Linhas de Força são radiais. No caso de planos ou placas paralelas infinitas, essas linhas são perpendiculares a estas.

O outro princípio físico aplicado nos experimentos consiste na transformação de uma baixa voltagem em uma alta diferença de potencial entre duas pontas metálicas. Como o ar possui uma grande resistividade dielétrica, se faz necessário uma alta concentração de energia para que essa resistividade seja quebrada, e o ar passe a conduzir corrente elétrica. Sabemos que a ionização pode diminuir tal resistividade. A questão é que esse fenômeno de ionização não ocorre espontaneamente. Porém, se observarmos este fator novamente, com a presença de chama de fogo, é possível verificar a diminuição da resistividade dielétrica, isso devido à chama ionizar o ar. Assim, o mesmo passa a conduzir corrente. Na experiência 3 poderemos verificar isso.

Material Utilizado

Experiência 1: Linhas de Força

Gerador de tensão 7KV, retroprojetor, tipos variados de eletrodos metálicos, semolina, óleo rícino, suportes para os eletrodos, cuba suporte para o óleo.

Experiência 2: Campo Uniforme

Placas de metal vazadas quadricularmente, conectores, tiras de papel, Gerador de Van der Graff

Experiência 3: Rigidez Dielétrica e Poder das Pontas

Gerador de tensão 7KV, pontas metálicas, vela, base para manter as pontas erguidas.

Procedimento Experimental

Experiência 1

Mantemos a fonte inicialmente desligada para a montagem da experiência. Colocamos na cuba suporte óleo rícino juntamente com a semolina. Conectamos aos suportes primeiramente um eletrodo metálico representando uma única carga puntiforme, e conectamos ainda o outro eletrodo do gerador ao anel metálico que ficara na cuba ao redor da carga puntiforme. Colocamos a cuba sobre o retroprojetor e ligamos a fonte de tensão. Observamos o que acontece.

Posteriormente desligamos a fonte de tensão e trocamos o eletrodo por um que represente quatro cargas puntiformes paralelas entre si. Ligamos a fonte de tensão. Observamos o que acontece.

Experiência 2

Ligamos cada placa a cada conector (um positivo e um negativo). Prendemos as tiras de papel por toda extensão das placas. Posicionamos as placas paralelamente e próximas entre si com as tiras de papel voltadas para o lado interno, mantendo as placas totalmente descarregadas. Mantemos o sistema com cada placa ligada a um pólo do Gerador de Van der Graff e o ligamos. Observamos o que ocorre. Posteriormente, desligamos o gerador, e viramos as placas com as tiras voltadas para o lado externo. Descarregamos as placas e novamente ligamos o gerador. Observamos novamente o que ocorre.

Experiência 3

O primeiro procedimento é verificar se a fonte está desligada. Conectamos as pontas à fonte. Aproximamos uma ponta da outra, mantendo-as ao mesmo nível, mas sem encostá-las entre si.. Ligamos a fonte e observamos o que acontece.

Desligamos a fonte. Agora, afastamos um pouco as pontas, acendemos a vela e deixamos a chama entre as pontas. Ligamos a fonte e observamos o que acontece.

Resultados

Experiência 1

Após certo tempo passado, é possível observar que a semolina se concentra e passa a indicar como se comportam as Linhas de Força do campo elétrico gerado pelos eletrodos posicionados. Primeiramente, com um único eletrodo central portando-se como uma carga puntiforme, podemos observar a característica radial das linhas. Em um segundo momento, trocamos o eletrodo por um que representasse quatro cargas puntiformes alinhadas no sentido do diâmetro da cuba. Podemos observar a característica radial das linhas das cargas puntiformes, além de se observar que as quatro cargas criam quatro campos repelentes entre si, por se tratarem de campos com carga elétrica de mesma natureza.

Experiência 2

Com as tiras voltadas para dentro, observa-se que elas ficam praticamente ortogonais e perpendiculares às placas. Isso ocorre devido às placas serem paralelas entre si, por possuírem cargas de sinal contrário e por se portarem como planos infinitos. O campo gerado nessas condições é perpendicular às placas, assim como as Linhas de Força. Assim, as tiras de papel tendem a se portar como tais linhas.

Experiência

É possível verificar que ao exceder o valor da rigidez do ar, uma faísca sairá de uma ponta metálica para a outra, em um ritmo constante. Quanto mais próximo, mais rápido é esse ritmo. Quando aumentamos a distância, o ritmo diminui até que não mais haverá faísca, pois não há energia o suficiente para exceder a rigidez dielétrica do ar. Porém, quando acendemos uma vela entre as duas pontas, mesmo com uma “grande” distância, a faísca reaparece. Isso se dá porque o fogo diminui a rigidez elétrica do ar. O fogo ioniza o ar próximo, e este passa a conduzir corrente elétrica devido a seus íons livres. A chama tende a acompanhar o sentido do campo. Como o sentido do campo é do positivo para o negativo, a chama tende para o lado negativo do campo.

Conclusão

Com o conhecimento teórico de Campo Elétrico obtido a priori, visualizamos através dos experimentos realizados sua ação prática condizendo com a ação teórica. Nestes experimentos enfatizamos: a visualização das linhas de força do campo elétrico, as propriedades da Rigidez Dielétrica do ar, a uniformidade do campo elétrico em placas paralelas. Enfim, observamos o campo elétrico e suas características.

Bibliografia

PENTEADO, P. C. M.. Física – Conceitos e Aplicações. Vol. 3. 1ª Edição. São Paulo, Editora Moderna,1998.

PURCELL, E M, Curso de Física de Berkeley. Vol. 2. 7ª Edição. São Paulo, Editora Edgard Blücher, 1973.

http://www.pet.dfi.uem.br/expofisica/ionizacaodoar.html

http://www.feiradeciencias.com.br/sala11/11_23.asp