III Lista Fisica C- 2012 - FTP da PUC

III Lista de Exercícios de FÍSICA C
1 – Seja um condutor esférico de raio R carregado com carga Q (positiva).
Calcule:
a)O campo elétrico gerado em pontos internos e externos á esfera.
b)A densidade de carga superficial
c)O trabalho para transportar uma carga q (positiva) entre dois pontos:
i)internos à esfera
ii)externos, dispostos a uma mesma distância do centro da esfera
iii)externos, dispostos a distâncias distintas do centro da esfera.
2 – Considere agora uma placa condutora espessa de área A (“infinita”)
carregada com carga Q (positiva). Calcule:
a)O campo elétrico gerado pela placa,
b)O trabalho para transportar uma carga q (positiva) entre dois pontos:
i)internos à placa
ii)externos, dispostos a uma mesma distância da placa
iii)externos, dispostos a distâncias distintas da placa.
3 – Temos um campo elétrico para pontos próximos a superfícies da Terra para
baixo de 120N/C. Calcule:
a)Qual a densidade de carga superficial da Terra (faça a aproximação para
plano infinito?
b)Qual a carga total da Terra para gerar este campo.
c)Qual a diferença de potencial entre um ponto na Terra e um ponto a 500m de
altura.
4 – Considere uma nuvem carregada a uma altura h, com uma carga total 5C e
área superficial 1km2 e a superfície da Terra com campo E=120N/C para baixo
aproximadamente constante.
a)Como são os campos resultantes para pontos acima e abaixo da nuvem?
b)Qual a ddp entre a nuvem e a superfície terrestre?
c)Se considerarmos que um raio descarrega a nuvem em aproximadamente
0,01s, qual a corrente elétrica gerada na descarga?
d)Qual a resistência do ar efetiva?
5- Quando se considerada o suprimento de energia para um automóvel, a
energia por unidade de massa da fonte de energia é um parâmetro importante.
Utilizando os seguintes dados, compare a energia por unidade de massa (J/kg)
para a gasolina, baterias de chumbo e capacitores.
Gasolina: 126000Btu/gal; densidade=670gk/m3
Bateria de chumbo: 12,0V, corrente = 100A.h, massa = 16,0kg
Capacitor: diferença de potencial a plena carga = 12,0V, capacitância=0,1 F,
massa = 1,0k
(vejam nos livros a conversão de unidades e use análise dimensional para
obter a energia por unidade de massa)
6 – Uma determinada nuvem tem uma diferença de potencial de 1,00x10 8V
relativa a uma árvore. Se durante uma tempestade 50,0C de carga são
transferidos por essa diferença de potencial e 1,0% da energia é absorvida pela
árvore, quanta seiva da árvore pode desaparecer por ebulição? (considere a
seiva a 30º.C iniciais e considere como calor específico=4186J/kg.o.C e calor
latente de vaporização2,26x106 J/kg).
7 – Desejamos fabricar um papel pega-mosca no seguinte esquema: A mosca,
uma esfera condutora de 0,5 cm de raio, inicialmente neutra, é atraída pelo
instinto a um tentador doce eletrizado (esférico de raio 5cm). Ao pousar no
doce adquire em média carga de +0,5µC. Próximo a este “doce elétrico”, temos
um papel pega mosca carregado negativamente com um campo de 1 N/C.
Supondo que a carga se redistribui homogeneamente na superfície total
(mosca + doce) e portanto as densidades passam a ser as mesmas:
a)Qual o sinal da carga do doce e como é a força entre este e a mosca logo
após o seu pouso?
b)A mosca é então atraída ao papel, mas caindo em si, põem-se bravamente a
lutar pela sua sobrevivência. Qual a energia gasta por ela para voar de uma
distância de 2 cm à uma distância de 30 cm, onde estaria livre do campo do
papel?
8 – Considere um capacitor de placas paralelas de área A=10cm que distam
uma d=2cm uma da outra. Podemos considerar a energia armazenada no
capacitor inicialmente suas placas neutras então transportamos pequenas
quantidades de carga e leva de uma placa a outra. Fazendo este procedimento
ao final teremos uma placa carregada com carga +Q e a outra com carga –Q. A
trabalho executado neste processo é a energia acumulada no capacitor. Mostre
que esta energia é:
W=Q2/2C, onde C é a capacitância definida por C=ε0A/d.