Lista de Exercicio 2ªUnidade

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
DEPARTAMENTO DE FÍSICA TEÓRICA E EXPERIMENTAL
LISTA DE EXERCÍCIOS – 2ª AVALIAÇÃO
1- Quando um elétron se move de A até B ao longo da linha de campo elétrico mostrado na figura abaixo, o campo elétrico realiza um trabalho de 3,94 X 10-19 J sobre ele. Quais são as diferenças de potencial elétrico (a) VB – VA, (b) VC – VA e (c) VC – VB?
2- A densidade de cargas de um plano infinito, carregado é σ = 0,10 μC/m2. Qual é a distância entre as superfícies equipotenciais cuja diferença de potencial é de 50 Volts?
3- Uma casca esférica espessa de carga Q e densidade volumétrica de carga ρ, está limitada pelos raios rr e r2, onde r2 > rr. Com V = 0 no infinito, determine o potencial elétrico V em função da distância r ao centro da distribuição, considerando as regiões (a) r > r2, (b) r1 < r < r2, (c) r < r1, (d) Estas soluções concordam em r = r2 e r = r1?
4- A barra fina com carga positiva da figura abaixo tem uma densidade linear de carga uniforme λ e se encontra ao longo de um eixo x como é mostrado. (a) Com V = 0 no infinito, determine o potencial devido à barra no ponto P sobre o eixo x. (b) Use o resultado do item anterior para calcular a componente do campo elétrico em P ao longo do eixo x. (c) Use a simetria para determinar a componente do campo elétrico em P numa direção perpendicular ao eixo x.
5- Três cargas estão dispostas nos vértices de um triângulo eqüilátero de lado l. (a) Calcule a energia necessária para retirar uma das cargas do triângulo e transportá-la até uma distância infinita. (b) Encontre a energia potencial eletrostática deste sistema de cargas. (c) Se forças externas deslocassem cada uma das três cargas da posição de equilíbrio inicial até que a distância mútua entre as três cargas se tornasse infinita, qual seria o trabalho total realizado por estas forças?
6- Os cabos coaxiais são frequentemente usados para transmitir sinais elétricos; uma propriedade importante deles é a sua capacitância. O cabo consiste em um fio condutor envolvido por um cilindro condutor axial, com um isolante entre eles (Fig. abaixo). Um capacitor desse tipo é chamado capacitor cilíndrico. O comprimento do cabo é muito maior do que seu raio. Determine a capacitância de um comprimento L de cabo coaxial. Por ora, admitiremos o vácuo entre o fio e o cilindro.
7- Considere a combinação de capacitores da Figura abaixo, onde C1 = 2,9 μF, C2 = 1,8 μF e C3 = 2,4 μF. A diferença de potencial através da combinação é Vb – Va = V = 53V. Determine (a) a capacitância equivalente C123 da combinação, (b) a diferença de potencial através de cada capacitor e (c) a carga em cada capacitor.
8- Qual é a densidade de energia em um ponto a 0,15 m do centro de uma distribuição de carga esfericamente simétrica de raio 55 mm e carga 18 nC?
9- Constrói-se um capacitor de placas paralelas comprimindo-se fortemente uma folha de papel de 0,14 mm de espessura entre folhas de alumínio. As dimensões laterais das folhas são 15 mm por 480 mm. Determine (a) a capacitância do capacitor e (b) a diferença de potencial máxima que pode ser estabelecida através dele sem ruptura dielétrica. Despreze os efeitos de bordas.
10- Calcule a capacitância equivalente para o capacitor apresentado na Figura abaixo.
11- Um fusível num circuito elétrico é um fio cujo objetivo é derreter-se e, desta forma, interromper o circuito, caso a corrente exceda um valor predeterminado. Suponha que o material que compõe o fusível se derreta sempre que a densidade de corrente atingir 440 A/cm2. Qual o diâmetro do condutor cilíndrico que deverá ser usado para restringir a corrente a 0,5 A?
12- Uma bobina é formada por 250 voltas de um fio de cobre nº 16 (com diâmetro de 1,3 mm) isolado numa única camada de forma cilíndrica, cujo raio mede 12 cm. Determine a resistência da bobina. Despreze a espessura do material isolante.
13- Um estudante deixou seu rádio portátil de 9 V e 7 W ligado das 9 horas às 14 horas. Que quantidade de carga passou através dele?
14- Uma diferença de potencial de 120 V é aplicada a um aquecedor cuja resistência é de 14 Ω, quando quente. (a) A que taxa a energia elétrica é transformada em calor? (c) A 5 centavos por kW.h, quanto custa para operar esse dispositivo durante 5 horas?
15 - Um aquecedor de 1250 W é construído para operar sob uma tensão de 115 V. (a) Qual será a corrente no aquecedor? (b) Qual é a resistência da bobina de aquecimento? (c) Que quantidade de energia térmica é gerada pelo aquecedor em 1 hora?
16 - Na Figura abaixo, que valor deve ter R para que a corrente no circuito seja de 1,0 mA? Considere ε1 = 2,0 V, ε2 = 3,0 V e r1 = r2 = 3,0 Ω. (b) Com que taxa a energia térmica aparece em R?
17- Na Figura 5 determine a corrente em cada resistor e a diferença de potencial entre a e b. Considere ε1 = 6,0 V, ε2 = 5,0 V, ε3 = 4,0 V, R1 = 100 Ω e R2 = 50 Ω.
18- Na Figura 6, ε1 = 3,00 V, ε2 = 1,00 V, R1 = 5,00 Ω, R2 = 2,00 Ω e R3 = 4,00 Ω e as duas baterias são ideais. (a) Qual é a taxa de dissipação de energia em R1? Em R2? Em R3? (b) Qual é a potência da bateria 1? E da Bateria 2?
19- Em um circuito RC em série ε = 12,0 V, R = 1,40 MΩ e C = 1,80 μF. (a) Calcular a constante de tempo. (b) Determine a carga máxima que aparecerá no capacitor durante o processo de carga. (c) Quanto tempo leva para a carga aumentar até 16,0 μC?
20- Um capacitor com uma carga inicial q0 é descarregado através de um resistor. Em termos da constante de tempo τ, em quanto tempo o capacitor perderá (a) a primeira terça parte de sua carga e (b) dois terços de sua carga?