Laboratório de Física
CARGA ELÉTRICA
FORÇA ELÉTRICA E CAMPO ELÉTRICO
OBJETIVOS
Carga Elétrica:
- Observar a existência de cargas elétrica na
matéria.
- Verificar as cargas de natureza diferentes.
- Conhecer a origem das cargas elétricas.
Força Elétrica:
- Observar a relação entre a força elétrica e as
propriedades da matéria.
- Observar que a força elétrica é diretamente
proporcional ao produto das cargas.
- Observar que a força elétrica é inversamente
proporcional ao quadrado da distância.
INTRODUÇÃO TEÓRICA
De acordo com a constituição da matéria, os
fenômenos físicos são originados de quatro
interações:
1. Interações Fracas
2. Interação Gravitacional
3. Interações Elétricas
4. Interações Fortes
Estas quatro interações são de origem elementar.
Além disso, nem todas são totalmente
compreendidas.
Por volta de 600 a.C., na Grécia antiga, observouse que quando o âmbar era atritado à lã, este
adquiria propriedades de atrair objetos leves. Este
mesmo fenômeno ocorre quando qualquer objeto
é atritado. Pode-se dizer que estes objetos estão
eletricamente carregados.
Observa-se que dois objetos de mesma
característica (mesma composição química)
quando carregados pelo mesmo processo sofrem
repulsão quando se aproxima um do outro.
Os fenômenos de atração ou repulsão só ocorrem
quando os objetos estão carregados ou
eletrizados, ou seja, possuem excesso de cargas.
Os processos de eletrização podem ser: por
atrito, por indução ou por contato, onde os corpos
trocam cargas.
Nesta experiência, vamos observar a existência
das cargas elétricas na natureza, bem como suas
diferentes naturezas.
A primeira investigação quantitativa sobre
a interação elétrica foi realizada por Charles
Augustin de Coulomb em 1784 que utilizou uma
balança de torção do tipo empregado 13 anos
mais tarde por Cavendish. Coulomb estudou a
atração e repulsão em duas cargas puntiformes.
A expressão para a força entre duas cargas
punctiformes é:
F k
onde:
qq'
(1)
r2
k = constante elétrica
q = carga elétrica
r = distância
Como não possuímos cargas puntiformes em
nosso
Laboratório,
podemos
fazer
uma
observação qualitativa da interação coulombiana.
Quando um corpo está eletrizado, observa-se que
a ação da força coulombiana ocorre a uma certa
distância do mesmo, não sendo necessário unir
os corpos para que o fenômeno ocorra. Esta ação
à distância é chamada de campo elétrico,
existindo apenas na presença da carga elétrica. O
campo elétrico é uma alteração das propriedades
do espaço em função da presença da carga
elétrica.
Observa-se que para uma carga puntiforme a
intensidade deste campo varia radialmente ponto
a ponto.
A expressão para o campo elétrico em um ponto
como o quociente entre a força F que atua sobre
uma carga de prova positiva q’, situada neste
ponto. Temos,
E
F
q'
(2)
Para melhor visualizar o campo elétrico, Michael
Faraday (1791-1867) propôs sua representação
através de “linhas de força” que caracterizam a
variação da intensidade e o tipo de carga
envolvida.
MATERIAL UTILIZADO










Bastão de polipropileno (cinza)
Bastão de acrílico
Suporte para Eletroscópio
Agulha do eletroscópio
Grampo de fixação do bastão no suporte do
eletroscópio
Copo de Faraday
Papel alumínio
Tubo de néon
Gerador eletrostático
Lâmpada fluorescente (tipo comercial)
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Laboratório de Física
Grafico001
INTEGRANTES DO GRUPO
DATA : ______/_____/______
CURSO:________________________________________
TURMA: __________
NOME:________________________________________________CA:_______________
NOME:________________________________________________CA:_______________
NOME:________________________________________________CA:_______________
NOME:________________________________________________CA:_______________
NOME:________________________________________________CA:_______________
(a)
Figura 1: (a)Gerador Eletrostático; (b) Kit de Eletrostática.
(b)
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Carga Elétrica
1. Provar que os bastões de polipropileno,
quando eletrizados, repelem-se. Carregue
os bastões mantendo-os em contato com a
correia de borracha do gerador eletrostático.
Um dos bastões deve ser fixado ao suporte
do eletroscópio por meio do grampo de
fixação. Aproxime o outro bastão e observe
o que acontece.
2. Dando seqüência, observe o que deve
acontecer com o bastão de acrílico quando
eletrizado pelo mesmo processo que o
bastão de polipropileno. Aproxime o bastão
de acrílico do bastão de polipropileno fixo no
suporte do eletroscópio.
3. Descreva
o
que
deve
ocorrer
microscopicamente.
4. Recorte tiras retangulares do papel alumínio
(3mm x 50mm) e fixe ao copo de Faraday
do lado externo e interno do copo. Encoste
a borda do copo na superfície da esfera do
5.
6.
7.
8.
gerador eletrostático. Observe o que
acontece com as fitas internas e externas.
Segurando em uma das pontas da lâmpada
de néon aproxime a lâmpada da esfera do
gerador eletrostático. Tendo em mente que
o gás no interior da lâmpada emite luz
quando da passagem de elétrons, o que
podemos concluir com o que foi observado
na lâmpada? Se a esfera estivesse
carregada com uma carga oposta, o que
deveríamos observar?
Carregue o bastão de polipropileno no
gerador eletrostático e o encoste na
lâmpada de néon. É possível determinar se
o bastão de polipropileno está carregado
positivamente ou negativamente?
Aproxime a lâmpada fluorescente da esfera.
Observe e comente.
De todas as observações anteriores, o que
é possível concluir sobre as cargas
elétricas.
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Grafico001
Força Elétrica e Campo Elétrico
1. Prove que qualitativamente que a força
elétrica é diretamente proporcional a
quantidade de carga no corpo. Carregue o
bastão de polipropileno no gerador por 5
segundos e aproxime da agulha do
eletroscópio.
Verifique
a
deflexão.
Descarregue
o
bastão
e
carregue
novamente por um período de 10 segundos
(deste modo obtemos um bastão com uma
carga maior que a anterior) e aproxime da
agulha do eletroscópio, mantendo a mesma
distância anterior. Observe e conclua.
2. Prove qualitativamente que a força elétrica é
inversamente proporcional a distância.
Carregue o bastão de polipropileno no
gerador por 10 segundos e aproxime da
agulha do eletroscópio. Verifique a deflexão.
Descarregue
o
bastão
e
carregue
novamente por um período de 10 segundos
(deste modo obtemos um bastão com uma
carga aproximadamente igual a anterior) e
aproxime da agulha do eletroscópio,
mantendo o dobro da distância anterior.
Observe e conclua.
3. Como você poderia obter uma prova
quantitativa dos itens acima?
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Grafico001
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