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Instituto Federal Sudeste de Minas Gerais – Campus Juiz de Fora Fundamentos de Eletricidade – Engenharia Mecatrônica Prof a. Adriana Scheffer Quintela Ferreira 1 5 a LISTA DE EXERCÍCIOS 1) Na figura, um próton se desloca do ponto i para o ponto f na presença de um campo elétrico com a direção indicada. a) o campo elétrico executa um trabalho positivo ou negativo sobre o elétron? b) a energia potencial elétrica do próton aumenta ou diminui? c) Uma força é usada para deslocar o próton do ponto i para o ponto f na presença de um campo elétrico uniforme com o sentido indicado. A força exerce um trabalho positivo ou negativo sobre o próton? d) o potencial do próton aumenta ou diminui? Resposta: a) negativo; b) aumenta; c) positivo; d) aumenta. Fonte: Halliday 2) Elétrons estão sendo constantemente arrancados das moléculas de ar da atmosfera por partículas de raios cósmicos provenientes do espaço sideral. Uma vez liberados esses elétrons estão sujeitos a uma força eletrostática F associada ao campo elétrico E produzido na atmosfera por partículas carregadas já existentes na Terra. Perto da superfície terrestre, este campo elétrico tem um módulo de 150 N/C e aponta para o centro da Terra. Qual é a variação U da energia potencial elétrica de um elétron livre na atmosfera da Terra quando a força eletrostática faz com que se mova verticalmente para cima de uma distância d = 520 m? Resposta: -1,2 10 -14 J. 3) A figura (a) mostra dois pontos i e f na presença de um campo elétrico uniforme E. Os pontos estão sobre a mesma linha de campo elétrico (que não aparece na figura), separados por uma distância d. a) Determine a diferença de potencial Vf – Vi deslocando uma carga de prova positiva q0 do ponto i ao ponto f ao longo da trajetória indicada, que é paralela à direção do campo. b) Determine a diferença de potencial Vf – Vi deslocando a carga de prova positiva q0 de i para f ao longo da trajetória icf mostrada na figura (b). Resposta: a) –E d; b) –E d. (a) (b) Fonte: Halliday 4) Qual é o valor do potencial elétrico no ponto P, situado no centro do quadrado de cargas pontuais que aparece na figura abaixo? A distância d é 1,3 m e as cargas são: q1 = +12 nC; q2 = -24 nC; q3 = +31 nC; q4 = +17 nC. Resposta:.350 V Fonte: Halliday 5) Doze elétrons (de carga –e) são mantidos fixos, com espaçamento uniforme, sobre uma circunferência de raio R. Em relação a V = 0 no infinito, quais são o potencial elétrico e o campo elétrico no centro C da circunferência? Resposta: -12 k e/R; 0. Instituto Federal Sudeste de Minas Gerais – Campus Juiz de Fora Fundamentos de Eletricidade – Engenharia Mecatrônica Prof a. Adriana Scheffer Quintela Ferreira 2 6) A diferença de potencial elétrico entre a terra e uma nuvem de tempestade é 1,2 109 V. Qual é o módulo da variação da energia potencial elétrica de um elétron que se desloca da nuvem para a terra? Expresse a resposta em elétrons-volts. Resposta: 1,2 GeV. 7) Uma certa bateria de automóvel de 12 V pode fazer passar uma carga de 84 Ah (ampères-horas) por um circuito, de um terminal pra o outro da bateria. a) A quantos coulombs corresponde essa quantidade de carga? b) Se toda essa carga sofre uma variação de potencial elétrico de 12 V, qual é a energia envolvida? Resposta: a) 3,0 10 5 C; b) 3,6 10 6 J. 8) Na figura abaixo, quando um elétron se desloca de A a B ao longo de uma linha de campo elétrico esse campo realiza um trabalho de 3,94 10 -19 J. Quais são as diferenças de potencial elétrico a) VB – VA; b) VC – VA; c) VC – VB? Resposta: a) 2,46 V; b) 2,46 V; c) 0. Fonte: Halliday 9) Duas placas paralelas condutoras de grande extensão estão separadas por uma distância de 12 cm e possuem densidades superficiais de cargas de mesmo valor absoluto e sinais opostos nas faces internas. Uma força eletrostática de 3,9 10 -15 N age sobre um elétron colocado na região entre as duas placas. (Despreze o efeito de borda).a) Determine o campo elétrico na posição do elétron. b) Determine a diferença de potencial entre as placas. Resposta: a) 2,4 10 4 V/m; b) 2,9 10 3 V. 10) Uma placa não condutora infinita possui uma densidade superficial de cargas = +5,80 pC/m2. a) Qual é o trabalho realizado pelo campo elétrico produzido pela placa se uma partícula de carga q = +1,60 10 -19 C é deslocada da superfície da placa para um ponto P situado a uma distância d = 3,56 cm da superfície da placa? b) Se o potencial elétrico V é definido como sendo zero na superfície da placa, qual é o valo de V no ponto P? Resposta: a) 1,87 10 J; b) – 1,17 10 V. 11) O campo elétrico em uma certa região do espaço tem componentes Ey = Ez = 0 e Ex = (4,00 N/C) x. O ponto A está sobre o eixo y em y = 3,00 m e o ponto B está sobre o eixo x em x = 4,00 m. Qual é a diferença de potencial VB – VA? Resposta: -32,0 V. 12) Na figura abaixo, qual é o potencial elétrico no ponto P devido às quatro partículas, se V = 0 no infinito, q = 5,00 fC e d = 4,00 cm? Resposta: 5,62 10 V. Fonte: Halliday 13) Na figura abaixo, duas partículas de cargas q1 e q2, estão separadas por uma distância d. O campo elétrico produzido em conjunto pelas duas partículas é zero em x = d/4. Com V = 0 no infinito, determine (em termos de d) o(s) ponto(s) sobre o eixo x (além do infinito) em que o potencial elétrico é zero. Resposta: . Fonte: Halliday Instituto Federal Sudeste de Minas Gerais – Campus Juiz de Fora Fundamentos de Eletricidade – Engenharia Mecatrônica Prof a. Adriana Scheffer Quintela Ferreira 3 14) Na figura acima, partículas de cargas q1 = + 5e e q2 = -15e são mantidas fixas no lugar, separadas por uma distância d = 24,0 cm. Tomando V = 0 no infinito, determine o valor de x a) positivo e b) negativo para o qual o potencial elétrico sobre o eixo x é zero. Resposta: a) 6,0 cm; b) -12,0 cm. 15) A figura abaixo mostra uma barra fina de plástico sobre o eixo x. A barra tem um comprimento L = 12,0 cm e uma carga positiva uniforme Q = 56,1 fC uniformemente distribuída. Com V = 0 no infinito, determine o potencial elétrico no ponto P1 sobre o eixo x, a uma distância d = 2,50 cm de uma das extremidades da barra. Resposta: 7,39 10 -3 V. Fonte: Halliday e = 1,602 10 -19 C 0 = 8,85 10 -12 C 2 /(N m 2 ) k = 8,99 10 9 N m 2 /C 2
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