Roteiro Laboratório 30/03/1016: Resistores

Roteiro Laboratório 2 Capacitores

Procedimentos para a Experiência sobre Capacitância Elétrica

Primeira Parte

Pegue um capacitor de placas paralelas ajustável pela distância.

Com auxílio de um capacímetro meça a capacitância das placas para:

a) d = 2,5 mm

b) d = 5 mm

c) d = 7,5 mm

d) d = 1,0 mm

Considerando que a permissividade do ar seja e₀ = 8,85x10^-12 [F/m], para essas distâncias calcule as capacitâncias para as respectivas distâncias.

 Segunda Parte

Pegue dois capacitores um de código 104 e o outro com código 473 e em seguida meça suas capacitâncias. Com o protoboard monte os circuitos a seguir:

     1.   Dos arranjos montados de capacitores, identifique cada um dos arranjos e diga quem está associado em série ou paralelo?

    2.  Sabendo que o capacitor 473 tem capacitância igual a 47 nF e 102 tem capacitância igual a 1 nF. Calcule a capacitância equivalente (C_equivalente) de cada arranjo.

    3.   Através do multímetro faça a medição da capacitância equivalente de cada arranjo, em relação aos valores calculados os valores são próximos?

    4.   No circuito a seguir: calcule a capacitância, monte o circuito no protoboard e meça a capacitância com o multímetro.

     

Resistência Elétrica (Aula 18/03/2016)

Resistência Elétrica
Os materiais em geral possuem o comportamento característico de resistirem ao fluxo de carga elétrica. Esta capacidade de resistir a corrente elétrica é conhecida por resistência.
A resistência pode ser escrita por:

Resistividade dos materiais:

Tipos de Resistências Elétricas

Associação de Resistores

Referências

[1] TIPLER, Paul A.: Física Para Cientistas e Engenheiros – Volume 2: Eletricidade e Magnetismo e Ótica. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

[2] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J.. Fundamentos de Física – Volume 3 – Eletromagnetismo. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

[3] SADIKU, A. Fundamentos de Circuitos Elétricos. Bookman, 2006.

Capacitores e dielétricos

Capacitor

É um elemento de circuitos elétricos (passivo) cuja finalidade é armazenar cargas através da energia do campo elétrico.

Um capacitor consiste em dois condutores isolados (placas), que possuem cargas iguais, mas de sinais opostos +q e –q. A capacitância C é definida por :

Q = CV

Onde V é a diferença de potencial entre as placas. A unidade SI de capacitância é o farad (F = 1 coulomb por volt).

Um capacitor é constituído por duas placas condutoras separadas por um isolante (ou dielétrico).

Três fatores determinam o valor da capacitância:

1 – Área da superfície das placas – quanto maior a área, maior a capacitância.

2 – O espaçamento entre as placas – quanto menor a distância entre as placas maior a capacitância.

3 – A permissividade do material -  quanto maior a permissividade, maior capacitância. 

Capacitor de Placas Paralelas

Um capacitor de placas planas e paralelas, de área A e separação d, tem capacitância:

Capacitor Cilíndrico

Um capacitor cilíndrico consiste em dois longos cilindros coaxiais, de comprimento L. Os raios internos são a e b, e capacitância é:

Associação de Capacitores

Referências

[1] TIPLER, Paul A.: Física Para Cientistas e Engenheiros – Volume 2: Eletricidade e Magnetismo e Ótica. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

[2] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J.. Fundamentos de Física – Volume 3 – Eletromagnetismo. Rio de Janeiro: LTC, 2006. 

Potencial Elétrico 11/03/2016

Energia Potencial Elétrica

A energia potencial elétrica de um sistema de cargas pontuais é o trabalho necessário para reunir o sistema, com cargas inicialmente em repouso e infinitamente distantes umas das outras. Para duas cargas: 

Variação do Potencial Elétrico e Trabalho

Variação da energia potencial elétrica de um objeto carregado ocorre quando este se move por influencia de um campo elétrico de um ponto inicial i para um ponto final f é :

Onde Wif é o trabalho realizado pelo campo elétrico.

Em sistema onde tem uma carga em repouso e uma carga teste. Quando uma carga teste q0 é movida de um ponto infinito (∞) para um ponto de interesse. O trabalho pode ser reescrito da seguinte forma:

Diferença de Potencial Elétrico 

Definição da diferença de potencial ∆V entre dois pontos num campo como:

Sendo q0 a carga teste sobre o qual o trabalho é realizado pelo campo elétrico.

Potencial Elétrico

O potencial num ponto é:

A unidade SI de potencial é o volt: 1 volt = 1 joule/coulomb.

O potencial devido a uma única carga pontual é:

 Superfícies Equipotenciais

São superfícies de um campo elétrico, onde todos os pontos apresentam mesmo potencial elétrico, ou seja, suas linhas de força são sempre perpendiculares a sua superfície.

Referências

[1] TIPLER, Paul A.: Física Para Cientistas e Engenheiros – Volume 2: Eletricidade e Magnetismo e Ótica. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

[2] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J.. Fundamentos de Física – Volume 3 – Eletromagnetismo. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

4ª semana: Aplicações da Lei de Gauss

Linha infinita de carga:

O campo elétrico, num ponto, criado por uma linha infinita de carga, com densidade linear de carga constante l [C/m], está numa linha infinita de carga, com densidade perpendicular à linha de carga e tem módulo igual a:

Onde r é a distância perpendicular da linha de carga ao ponto.

Chapa Infinita de Carga:

O campo elétrico criado por uma chapa infinita (ou plano infinito) de carga com densidade superficial de carga constante σ [C/m] é perpendicular ao plano da chapa e tem módulo.

Casca esférica: 

O campo elétrico fora de uma casca esférica de carga, de raio R e carga total q, tem direção radial e módulo

A carga se composta para pontos externos como se estivesse concentrado no centro da casca. O campo dentro de uma casca esférica uniformemente carregada é exatamente zero:

E = 0 (casca esférica, para r  <  R).

Esfera Sólida

O campo elétrico dentro de uma esfera uniformemente carregada tem direção radial e módulo igual a:

Referências

[1] TIPLER, Paul A.: Física Para Cientistas e Engenheiros – Volume 2: Eletricidade e Magnetismo e Ótica. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

[2] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J.. Fundamentos de Física – Volume 3 Eletromagnetismo. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

3° semana: Lei de Gauss

Lei de Gauss (4º aula)

Introdução

A lei de Gauss e a lei de Coulomb, embora expressas de formas diferentes, constituem modos equivalentes de descrever a relação entre a carga e o campo elétrico em situações estáticas. A lei de Gauss é:

∈0.Φ = q [C]  (lei de Gauss)

Onde q é a carga líquida dentro de uma superfície imaginária fechada e F é o fluxo líquido do campo elétrico através da superfície:

Φ=∮E∙dA [N.m²/C] (fluxo elétrico através  de uma superfície gaussiana)

A lei de Gauss relaciona os campos na superfície gaussiana (esférica) e as cargas no interior deste superfície.

Fluxo Elétrico

A quantidade matemática que corresponde ao número de linhas de campo penetrando em uma superfície é denominada fluxo elétrico F. Para uma superfície perpendicular a E, o fluxo elétrico é produto da magnitude do campo E, pela área A: 

Φ=E.A [N.m²/C] 

Como E é proporcional ao número de linhas de campo por unidade de área, o fluxo é proporcional ao número de linhas de campo penetrando a superfície.

Quando a superfície de área A não é perpendicular ao campo elétrico E. O vetor normal da superfície de área e o campo elétrico formam um ângulo q com a direção do campo elétrico, logo o fluxo elétrico fica: 

Φ=E.A . cos(q) [N.m²/C]

Referências

[1] TIPLER, Paul A.: Física Para Cientistas e Engenheiros – Volume 2: Eletricidade e Magnetismo e Ótica. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

[2] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J.. Fundamentos de Física – Volume 3 – Eletromagnetismo. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

Roteiro de Laboratório 04/03/2016

Procedimentos para a Experiência sobre Eletrização

Primeira Parte

1. Qual é a origem da eletricidade?

2. Picar em pedacinhos, um papel alumínio e coloque-os sobre uma mesa.

3. Friccionar o extremo de um canudo plástico em um papel toalha.

4. O que ocorre quando o canudo é aproximado dos pedacinhos de papel alumínio? Explique!

5. Friccionar um canudo plástico no papel toalha e colocar na parede. O que

ocorre? Explique.

6. Considerando o conceito de carga elétrica, como você explica os fenômenos

vistos?

7. Que tipo eletrização ocorreu? Explique

Segunda Parte

1. Monte o pêndulo eletrostático conforme orientação do Professor.

2. Utilizando um retalho de nylon coloque um pedaço de papel alumínio num

formato parecido com o de uma gota.

3. Friccionar um canudo plástico no papel toalha e aproximar do pêndulo. O que ocorreu? Explique.

4. Por que o pêndulo foi atraído? Por que foi repelido?

5. Repita os procedimentos para os demais bastões fornecidos (vidro, pvc, acrílico).

6. Considerando o conceito de carga elétrica, como você explica os fenômenos

vistos?

7. Que tipo eletrização ocorreu? Explique

Terceira Parte

1. Monte o sistema conforme orientação do professor.

2. Friccionar um dos extremos do canudo plástico no papel toalha e o aproximar

do bastão vidro. O que ocorreu? Considerando que o vidro é um

material que tende a ficar neutro, tente explicar o fenômeno.

4. Retire o bastão de vidro do suporte e tente eletrizar um de seu extremo

com o papel toalha. Repita o passo 2.

5. O que é uma série triboelétrica. Como você classificaria os materiais vistos

nesta experiência em uma série triboelétrica?