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Um capacitor é um elemento que armazena energia em forma de carga. Se um capacitor possui uma capacitância de 6,0 mF e é armazenado em 50 V e um capacitor de 4,0 mF é armazenado em 34 V, eles são conectados um ao outro, com as duas placas positivas conectadas e as duas placas negativas conectadas. Nesse sentido, assine a alternativa que contém a energia total armazenada no capacitor de 6,0 mF quando o equilíbrio for atingido: A 5,7 mJ. B 6,6 mJ. C 6,1 mJ. D 7,0 mJ. E 3,8 mJ
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Para calcular a energia total armazenada no capacitor de 6,0 mF após a conexão, precisamos seguir alguns passos. 1. Calcular a energia inicial de cada capacitor: A energia armazenada em um capacitor é dada pela fórmula: \[ U = \frac{1}{2} C V^2 \] onde \( U \) é a energia, \( C \) é a capacitância e \( V \) é a tensão. - Para o capacitor de 6,0 mF (ou 6,0 x 10^-3 F) a 50 V: \[ U_1 = \frac{1}{2} \times 6,0 \times 10^{-3} \times (50)^2 = \frac{1}{2} \times 6,0 \times 10^{-3} \times 2500 = 7,5 \, \text{mJ} \] - Para o capacitor de 4,0 mF (ou 4,0 x 10^-3 F) a 34 V: \[ U_2 = \frac{1}{2} \times 4,0 \times 10^{-3} \times (34)^2 = \frac{1}{2} \times 4,0 \times 10^{-3} \times 1156 = 2,31 \, \text{mJ} \] 2. Calcular a energia total antes da conexão: \[ U_{\text{total}} = U_1 + U_2 = 7,5 \, \text{mJ} + 2,31 \, \text{mJ} = 9,81 \, \text{mJ} \] 3. Após a conexão: Quando os capacitores são conectados em paralelo, a tensão final \( V_f \) é a média ponderada das tensões iniciais, considerando as capacitâncias: \[ V_f = \frac{C_1 V_1 + C_2 V_2}{C_1 + C_2} \] \[ V_f = \frac{(6,0 \times 10^{-3} \times 50) + (4,0 \times 10^{-3} \times 34)}{6,0 \times 10^{-3} + 4,0 \times 10^{-3}} = \frac{(0,3 + 0,136)}{0,01} = \frac{0,436}{0,01} = 43,6 \, \text{V} \] 4. Calcular a nova energia armazenada no capacitor de 6,0 mF: \[ U_f = \frac{1}{2} C_1 V_f^2 = \frac{1}{2} \times 6,0 \times 10^{-3} \times (43,6)^2 \] \[ U_f = \frac{1}{2} \times 6,0 \times 10^{-3} \times 1905,76 \approx 5,73 \, \text{mJ} \] Portanto, a energia total armazenada no capacitor de 6,0 mF quando o equilíbrio for atingido é aproximadamente 5,7 mJ. A alternativa correta é: A 5,7 mJ.

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