Pesquisa - Física III - 4 Etapa

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<p>Curso: Técnico Integrado em Informática</p><p>Discente: Ana Carolline Nóbrega Araújo - 3° Ano</p><p>Docente: Prof. George Alexandre da Silva Franco</p><p>Pesquisa de Física - condutores em equilíbrio eletrostático:</p><p>capacitância eletrostática e capacitores</p><p>SANTA LUZIA – PB</p><p>2023</p><p>1.1 Distribuição das Cargas Elétricas em Excesso:</p><p>O processo de redistribuição das cargas é dinâmico, continuando até</p><p>alcançar o equilíbrio, onde não há mais movimento líquido de cargas.</p><p>As cargas residuais concentram-se nas extremidades mais agudas do</p><p>condutor, otimizando a repulsão eletrostática.</p><p>1.2 Campo e Potencial de um Condutor Esférico:</p><p>O campo elétrico nulo no interior do condutor é resultado do cancelamento</p><p>das contribuições das cargas distribuídas.</p><p>O potencial elétrico constante na superfície interna é um indicativo do</p><p>equilíbrio eletrostático, permitindo que o campo elétrico seja conservativo.</p><p>1.3 Densidade Elétrica Superficial:</p><p>A densidade elétrica superficial pode ser relacionada à constante dielétrica (ε)</p><p>do meio: σ = ε ⋅Eσ = ε ⋅ E, onde E é a intensidade do campo elétrico.</p><p>Superfícies com maiores curvaturas têm densidades elétricas mais elevadas,</p><p>influenciando a distribuição de carga.</p><p>Exemplo de Distribuição de Cargas em um Condutor Esférico:</p><p>Imagine um condutor esférico de raio RR em equilíbrio eletrostático.</p><p>Inicialmente, o condutor é eletricamente neutro.</p><p>Adição de Carga:</p><p>Introduzimos uma carga pontual positiva Q próxima ao condutor. Devido ao</p><p>equilíbrio, as cargas negativas livres no condutor movem-se para a superfície</p><p>interna, enquanto as positivas movem-se para o exterior.</p><p>Distribuição Dinâmica:</p><p>As cargas negativas na superfície interna redistribuem-se, acumulando-se nas</p><p>regiões de maior curvatura (pontos mais agudos). A distribuição ajusta-se</p><p>continuamente até que o campo elétrico interno seja anulado, indicando o</p><p>equilíbrio eletrostático.</p><p>Campo e Potencial Constantes:</p><p>Dentro do condutor, o campo elétrico é zero (E = 0), e o potencial elétrico (V) na</p><p>superfície interna é constante. O condutor atinge um estado onde não há mais</p><p>movimento líquido de cargas, estabilizando-se em equilíbrio.</p><p>Capacitância Eletrostática de um Condutor Esférico (2.1):</p><p>A capacitância C de um condutor isolado, como um condutor esférico, está</p><p>relacionada à sua geometria. Para um condutor esférico de raio R, a</p><p>capacitância é dada por:</p><p>C= 4πε R</p><p>----</p><p>k</p><p>onde:</p><p>C é a capacitância,</p><p>ε é a constante dielétrica do meio,</p><p>R é o raio do condutor,</p><p>k é a constante eletrostática (igual a 11 para o vácuo e ε para outros meios).</p><p>Essa fórmula mostra que a capacitância de um condutor esférico aumenta</p><p>linearmente com o raio e é inversamente proporcional à constante dielétrica.</p><p>Equilíbrio Elétrico de Condutores (2.2):</p><p>O equilíbrio elétrico de condutores refere-se ao estado em que não há corrente</p><p>elétrica fluindo através do condutor. Isso ocorre quando o potencial elétrico é</p><p>constante em todo o condutor.</p><p>No caso de um condutor isolado esférico, o equilíbrio elétrico implica que o</p><p>campo elétrico no interior é zero, e o potencial elétrico na superfície interna é</p><p>constante. Isso é alcançado através da distribuição de cargas, conforme</p><p>discutido anteriormente.</p><p>A relação entre o potencial elétrico (V), a carga total (Q), e a capacitância (C) é</p><p>dada por:</p><p>Q = C. V</p><p>Essa fórmula destaca a relação crucial entre a carga armazenada em um</p><p>condutor isolado e seu potencial elétrico, mediada pela capacitância. O</p><p>equilíbrio elétrico implica que essa relação é mantida, garantindo que a</p><p>carga e o potencial se ajustem para manter a constante capacitância.</p><p>Exemplo de Capacitância Eletrostática de um Condutor Esférico (2.3):</p><p>3. Terra: Potencial Elétrico de Referência:</p><p>3.1 Blindagem Eletrostática:</p><p>- A Terra é frequentemente usada como referência de potencial</p><p>elétrico.</p><p>- Blindagem eletrostática ocorre quando um objeto é conectado à</p><p>Terra, permitindo o fluxo de cargas elétricas e neutralizando o objeto.</p><p>CAPACITORES:</p><p>4.1 Capacitor Plano:</p><p>- Um capacitor plano consiste em duas placas condutoras paralelas separadas</p><p>por um dielétrico. - A capacitância de um capacitor plano é dada por C=ϵ0A /d,</p><p>onde ϵ0 é a constante elétrica do vácuo, A é a área das placas e d é a distância</p><p>entre elas.</p><p>4.2 Associação de Capacitores:</p><p>A associação de capacitores é uma técnica comum na eletricidade para criar</p><p>configurações que atendam a requisitos específicos. Existem duas formas</p><p>principais de associação: em série e em paralelo.</p><p>4.2.1 Associação em Série:</p><p>- A capacitância total (Cs) de capacitores em série é dada por:</p><p>4.2.2 Associação em Paralelo:</p><p>Quando os capacitores estão associados em paralelo, a tensão através de</p><p>todos eles é a mesma, mas a carga divide-se entre eles. A capacitância total</p><p>(Cp ) de capacitores em paralelo é a soma das capacitâncias individuais:</p><p>Exemplo:</p><p>4.3.2. Energia Potencial Elétrica Armazenada por um Capacitor:</p><p>4.4 Carga e Descarga de um Capacitor:</p><p>Durante o processo de carga de um capacitor, a corrente flui para dentro do</p><p>capacitor, acumulando carga nas placas. Isso ocorre quando uma fonte de</p><p>alimentação fornece uma diferença de potencial (V) às placas do capacitor. À</p><p>medida que a carga nas placas aumenta, o campo elétrico entre as placas</p><p>também aumenta, armazenando energia potencial elétrica no capacitor.</p><p>Durante a descarga, o capacitor libera a energia armazenada quando é</p><p>conectado a um circuito. A carga nas placas começa a diminuir à medida que</p><p>a corrente flui através do circuito. O processo de carga e descarga é</p><p>governado pela constante de tempo (τ), que é o produto da resistência (R) e</p><p>da capacitância (C) do capacitor. A constante de tempo determina a taxa na</p><p>qual a carga no capacitor muda e a velocidade com que a energia é liberada</p><p>ou acumulada.</p><p>Exemplo:</p><p>Essa relação implica que a introdução de um dielétrico aumenta a eficiência do</p><p>capacitor ao armazenar mais carga com uma diferença de potencial menor. Os</p><p>dielétricos são frequentemente usados em capacitores para melhorar seu</p><p>desempenho em diversas aplicações, como em circuitos eletrônicos e</p><p>dispositivos de armazenamento de energia.</p><p>Referências:</p><p>https://www.preparaenem.com/fisica/condutores-em-equilibrio-eletrostatico.htm</p><p>https://noic.com.br/olimpiadas/fisica/cursos/teorico/aula-5-4-condutores-inducao-e-capacitancia/</p><p>https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/capacitores.htm</p><p>https://centrodemidias.am.gov.br/aulas/condutor-em-equilibrio-eletrostatico-capacitores-e-</p><p>capacitancia-eletrostatica-associacao-de-capacitores-em-serie-caracteristicas-e-aplicacoes-1</p><p>https://www.if.ufrj.br/~marcosgm/eletro1/notas_de_aula/cap2.5.pdf</p><p>https://www.preparaenem.com/fisica/condutores-em-equilibrio-eletrostatico.htm</p><p>https://noic.com.br/olimpiadas/fisica/cursos/teorico/aula-5-4-condutores-inducao-e-capacitancia/</p><p>https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/capacitores.htm</p><p>https://centrodemidias.am.gov.br/aulas/condutor-em-equilibrio-eletrostatico-capacitores-e-capacitancia-eletrostatica-associacao-de-capacitores-em-serie-caracteristicas-e-aplicacoes-1</p><p>https://centrodemidias.am.gov.br/aulas/condutor-em-equilibrio-eletrostatico-capacitores-e-capacitancia-eletrostatica-associacao-de-capacitores-em-serie-caracteristicas-e-aplicacoes-1</p><p>https://www.if.ufrj.br/~marcosgm/eletro1/notas_de_aula/cap2.5.pdf</p>