Lista de Exercícios 6 – Física Geral – 2014/2

Lista de Exercícios 6 – Física Geral – 2014/2
1. Quando um feixe de elétrons se desloca em linha reta em um tubo de raios catódicos, é possível afirmar que não existe nenhum campo magnético presente? Por quê? 2. Uma partícula carregada entra em uma região cúbica onde existe um campo magnético uniforme. Fora dessa região, não há nenhum campo magnético. É possível que a partícula fique confinada no interior da região cúbica? Por quê? 3. Um campo magnético pode desviar um feixe de elétrons, mas é incapaz de realizar trabalho sobre um elétron de modo a alterar o módulo da sua velocidade. Por quê? 4. Como você poderia determinar a direção de um campo magnético fazendo apenas observações qualitativas da força magnética que conduz uma corrente? 5. Uma espira de fio frouxa e capaz de se mover transporta uma corrente I. A espira é colocada sobre uma mesa horizontal em um campo magnético B perpendicular ao plano da mesa. Isso faz com que a espira se dilate adquirindo uma forma circular enquanto permanece sobre a mesa. Faça um diagrama mostrando todas as orientações possíveis do campo magnético B e da corrente I que possibilitam esse evento. Explique seu raciocínio. 6. Se você colocar um aro de metal em uma região onde o campo magnético se alterna rapidamente o aro pode tornar-­‐se quente. Por quê? 7. Por que um transformador requer voltagem alternada para funcionar? 8. Duas espiras circulares estão uma ao lado da outra e apoiadas sobre um mesmo plano. Uma delas está ligada a uma fonte que fornece uma corrente crescente; a outra é um anel simples. O sentido da corrente induzida no anel possui o mesmo sentido ou sentido oposto ao da corrente da espira ligada com a fonte? E se a corrente na primeira espira estivesse diminuindo? Explique. 9. Duas cargas puntiformes estão localizadas sobre o eixo 0y do seguinte modo: a carga q1 = -­‐1,50 nC, no ponto y = -­‐0,600 m 4 w carga q2 = +3,20 nC na origem (y = 0). Qual é a força resultante (módulo, direção e sentido) que essas duas cargas exercem sobre uma terceira carga q3 = +5,00 nC localizada no ponto y = -­‐0,400 m? [Resposta: 2,58 x 10-­‐6 N, orientada no sentido –y.] 10. Uma partícula com carga igual a -­‐1,24 x 10-­‐8 C se move com velocidade instantânea 𝑣 = 4,19×10! m/s 𝚤 + (−3,85×10! m/s)𝚥. Qual é a força sobre essa partícula por um campo magnético a) 𝐵 = (1,40 T)𝚤 ? b) 𝐵 = 1,40 T 𝑘 ? [Resposta: a) (−6,68×
10!! N)𝑘 b) −6,68×10!! N 𝚤 + (7,27×10!! N)𝚥 ] 11. Uma partícula com carga +7,60 nC está em um campo elétrico uniforme orientado da direita para esquerda. Outra força além da elétrica atua sobre a partícula, de modo que ela se desloca para a direita quando ela é liberada do repouso. Depois que ela se deslocou 8,00 cm, a força adicional realizou um trabalho igual a 6,50 x 10 -­‐5 J e a partícula possui uma energia cinética igual a 4,35 x 10-­‐5 J. a) Qual foi o trabalho realizado pela força elétrica? b) Qual é o potencial do ponto inicial em relação ao ponto final? c) Qual é o módulo do campo elétrico? [Resposta: a) -­‐2,15 x 10-­‐5 J, b) -­‐2,83 kV, c) 3,54 x 104 V/m] 12. Um fio retilíneo vertical conduz uma corrente de 1,20 A de cima para baixo em uma região entre os pólos de um grande eletroímã supercondutor, onde o módulo do campo magnético é dado por 0,588T e possui direção horizontal. Determine o módulo, a direção e o sentido da força magnética que atua sobre uma seção de 1,00 cm do fio que está nesse campo magnético uniforme, sabendo que o sentido do campo magnético é orientado a) de oeste para leste; b) de norte para o sul; c) formando um ângulo de 30,0˚ no sentido da rotação do oeste para o sul. 13. Uma espira retangular de 5,0 cm x 8,0 cm possui plano paralelo a um campo magnético de 0,19 T. A espira conduz uma corrente igual a 6,2 A. a) Qual é o torque que atua sobre a espira? b) Qual é o módulo do momento magnético da espira? c) Qual é o torque máximo que pode ser obtido sobre um fio com o mesmo comprimento total da espira e conduzindo a mesma corrente nesse campo magnético? 14. No canhão de elétrons de um cinescópio de TV, os elétrons (carga –e e massa m) são acelerados por uma voltagem V. Depois de abandonar o canhão de elétrons, o feixe de elétrons percorre uma distância D no sentido da tela; nessa região, existe um campo magnético de módulo B e não há nenhum campo elétrico. Mostre que o desvio aproximado do feixe produzido pelo campo magnético é dado por 𝐵𝐷!
𝑒
𝑑=
2
2𝑚𝑉
15. Uma potência de 100 kW é transmitida para o outro lado de uma cidade pelo par de fios condutores de uma linha de transmissão, entre os quais existe uma voltagem de 12.000 V. a) Qual é a corrente que flui na linha? b) Cada qual dos dois fios da linha possui uma resistência de 10 ohms. Qual é a queda de voltagem ao longo de cada fio? c) Qual é a potência dissipada em calor nos dois fios (que é diferente daquela entregue aos consumidores)? 16. Um transformador conectado a uma fonte AC de 120 V deve fornecer 13.000 V para um painel de neônio para anúncios. Para prevenir o excesso de corrente, um fusível é inserido no circuito primário; o fusível deve-­‐se fundir se a corrente superar o valor de 8,50 mA no secundário. a) Qual é a razão entre o número de espiras no primário e o número de espiras no secundário desse transformador? b) Qual é a potência fornecida para o transformador quando a corrente no secundário é 8,50 mA? c) Qual deve ser a corrente máxima do fusível inserido no circuito primário?