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1 defi departamento de física Laboratórios de Física Condensador de Placas Paralelas Instituto Superior de Engenharia do Porto- Departamento de Física Rua Dr. António Bernardino de Almeida, Porto. T F

2 O objectivo fundamental deste trabalho consiste no estudo do campo eléctrico gerado nas placas de um condensador plano; Verificação experimental da influência da variação da distância entre placas e da variação do dieléctrico. Material Necessário Fonte de tensão Medidor de campo eléctrico (electrómetro) Multímetro Placa de alumínio Suporte Fita métrica 3 Placas dieléctricas: papel; madeira e vidro Fios de ligação Introdução teórica O valor do campo eléctrico uniforme, E, verificado entre as duas placas paralelas de um condensador, é dado pela relação: V E = (1) d em que V representa a diferença de potencial aplicada ao condensador e d a distância entre as placas do condensador. Mantendo a tensão aplicada constante, a primeira parte desta experiência laboratorial consiste na verificação da relação inversamente proporcional entre a distância, d, e o campo eléctrico, E. Na segunda parte da experiência verifica-se experimentalmente a influência do dieléctrico na capacidade do condensador. A carga, Q, armazenada aos terminais de um condensador depende da capacidade, C, e da tensão, V, aplicada aos seus terminais: Q = CV (2) Sabe-se ainda que a capacidade do condensador, C, é dependente da permitividade eléctrica do meio, ε, entre as placas paralelas que compõem o condensador, da área, s, das mesmas, e da distância, d, entre elas. Departamento de Física Página 2/5

3 C s ε d = (3) Assim, e conhecendo-se a permitividade eléctrica do ar (considerada como muito próxima da do vazio), ε 0 = 8,8542 x Vm, é possível medir a permitividade de diferentes dieléctricos. Cuidados a ter na utilização dos instrumentos de medição Medidor de campo eléctrico (electrómetro) Este aparelho, devido ao seu processo de medição, necessita de alguns cuidados de manuseamento. No seu topo superior existe um disco de alhetas uniforme que, quando ligado, deve girar livremente. Este disco nunca deve ser tocado pelos dedos, ou qualquer outra parte do corpo do utilizador, mesmo que o instrumento esteja desligado. Imediatamente abaixo deste disco existe uma sonda, com quatro sectores em forma de estrela, e que funciona nesta experiência como segunda placa paralela do condensador. O valor do campo eléctrico é obtido indirectamente com a medição da tensão aos terminais de saída do electrómetro, usando um voltímetro. A medição da intensidade do campo eléctrico, E, pode ser feita em três escalas, de 100 V/cm, 300 V/cm ou 1000 V/cm. Ao valor máximo de cada escala corresponde 1 V da tensão de saída. Previamente a qualquer conjunto de leituras deve ser feito sempre o acerto do zero (ajuste de offset). Durante as medições é de evitar o contacto com qualquer elemento eléctrico da montagem, quer com as placas que compõem o condensador, quer com os fios de ligação eléctrica. Elevadas cargas electrostáticas são facilmente adquiridas pelo corpo humano e podem falsear todos os resultados experimentais. Deve ter ainda em atenção Ler o guião na íntegra e com atenção antes de iniciar o trabalho e seguir as instruções com rigor. Não ligar a alimentação do circuito sem verificar se todas as ligações estão correctas. Departamento de Física Página 3/5

4 Procedimento 1. Monte o circuito da figura 1. O terminal positivo da fonte (vermelho) deve ser ligado à placa superior (placa de alumínio, presa no suporte). O terminal negativo (preto) é ligado directamente ao electrómetro (e assim, à segunda placa do condensador). Ajuste o valor da tensão de saída da fonte de alimentação para 0,0 V. 2. Ligue o electrómetro e o voltímetro. Coloque o selector de escala do electrómetro em 100 V/cm. Vá afastando a placa superior da base do electrómetro até verificar que o valor indicado pelo voltímetro já não varia. Nessa situação, faça o ajuste do zero do electrómetro (até ao voltímetro indicar 0,0 V). Figura 1 3. Ajuste a fonte de alimentação de tensão (utilizando o indicador da própria fonte) para o valor máximo da mesma (próximo dos 30 V). 4. Meça o valor da tensão indicada pelo voltímetro (e daí determine o valor do campo eléctrico) e a distância entre as placas do condensador. 5. Diminuindo a distância entre as placas do condensador, repita o ponto 4 do procedimento. Faça pelo menos 10 medições, desde a distância inicial até uma distância mínima de 1 mm. 6. Construa um gráfico com o valor da intensidade do campo eléctrico em função da distância entre as placas. Analise e comente o gráfico obtido. Departamento de Física Página 4/5

5 7. Coloque uma das placas dieléctricas sobre a placa inferior do condensador (base do electrómetro). Com cuidado, desça a placa superior até a encostar à placa dieléctrica. 8. Coloque a tensão da fonte em 0,0 V. Espere até o valor indicado pelo voltímetro estacionar. Então, faça o ajuste do zero do electrómetro. 9. Ajuste a fonte de alimentação de tensão para o valor máximo da mesma. Meça o valor indicado pelo voltímetro e determine a intensidade do campo eléctrico (E). 10. Desligue um dos fios de ligação à fonte e, depois, novamente com o máximo de cuidado, retire a placa dieléctrica da montagem, confirmando que a distância entre as placas do condensador se manteve. 11. Volte a medir a tensão indicado pelo voltímetro e a determinar o valor da intensidade do campo eléctrico (E 0 ). 12. Repita os pontos 7 a 11, agora para as duas outras placas dieléctricas fornecidas. 13. A partir da expressão da capacidade de um condensador plano demonstre que ε r =E 0 /E. Determine os valores de permitividade eléctrica relativa dos diferentes materiais dieléctricos utilizados. Compare-os com valores tabelados. Departamento de Física Página 5/5

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