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A cúpula de um gerador Van de Graaff é constituída de uma casca esférica de raio 10 cm. Deixa-se o gerador ligado até que sua cúpula adquira carga de 6 - 10⁸ C e fique em equilíbrio eletrostático. Uma carga de prova de 10⁻⁹ C é colocada no centro da cúpula do gerador. A respeito da força eletrostática e do potencial a que a carga de prova fica submetida, podemos afirmar que seus módulos são, respectivamente:
a) 5,4 - 10⁵ N; 5,4 - 10³ V
b) zero; 5,4 - 10³ V
c) 5,4 - 10⁵ N; depende da localização do ponto
d) zero; zero
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Praticando Para Aprender

há 2 anos

Respostas

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há 2 anos

Para resolver essa questão, precisamos entender alguns conceitos de eletrostática. 1. Força Eletrostática: Dentro de uma casca esférica carregada, a força eletrostática sobre uma carga de prova colocada no centro é zero. Isso ocorre devido à simetria da distribuição de carga na casca esférica, que resulta em um campo elétrico nulo no interior. 2. Potencial Elétrico: O potencial elétrico em um ponto dentro de uma casca esférica carregada é constante e igual ao potencial na superfície da casca. Portanto, a carga de prova no centro da cúpula experimentará um potencial elétrico, que pode ser calculado pela fórmula do potencial de uma esfera carregada. Dado que a carga da cúpula é \(6 \times 10^{-8} C\) e o raio é \(10 cm\) (ou \(0,1 m\)), podemos calcular o potencial \(V\) na superfície da esfera usando a fórmula: \[ V = \frac{k \cdot Q}{r} \] onde \(k\) é a constante de Coulomb (\(8,99 \times 10^9 \, N \cdot m^2/C^2\)), \(Q\) é a carga e \(r\) é o raio. Substituindo os valores: \[ V = \frac{(8,99 \times 10^9) \cdot (6 \times 10^{-8})}{0,1} = 5,394 \times 10^3 \, V \approx 5,4 \times 10^3 \, V \] Agora, analisando as alternativas: a) 5,4 - 10⁵ N; 5,4 - 10³ V - Incorreta, pois a força é zero. b) zero; 5,4 - 10³ V - Correta, pois a força é zero e o potencial é \(5,4 \times 10^3 V\). c) 5,4 - 10⁵ N; depende da localização do ponto - Incorreta, pois a força é zero. d) zero; zero - Incorreta, pois o potencial não é zero. Portanto, a alternativa correta é: b) zero; 5,4 - 10³ V.

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