Um resistor cilíndrico de raio e comprimento é feito de uma material cuja resistividade é . Determine (a) o módulo da densidade de corrente e (b) a diferença de potencial para que a potência dissipada no resistor seja P. R:(a) ; (b)
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem um resistor cilíndrico com raio , comprimento e resistividade . Queremos descobrir duas coisas:
(a) Qual é o módulo da densidade de corrente nesse resistor.
(b) Qual a diferença de potencial necessária para que a potência dissipada no resistor seja .
Para isso, vamos precisar entender alguns conceitos básicos de eletricidade, como densidade de corrente, resistência elétrica e potência dissipada. Vamos lá passo a passo!
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é densidade de corrente. A densidade de corrente é definida como a corrente elétrica que passa por uma área , ou seja:
Aqui, é a área da seção transversal do resistor. Como o resistor é cilíndrico, a área é dada por:
Passo 3
Agora, vamos usar a fórmula da potência dissipada em um resistor. A potência pode ser expressa de duas maneiras:
Onde é a resistência elétrica e é a diferença de potencial.
Passo 4
Vamos precisar calcular a resistência do resistor. A resistência de um material depende da resistividade , do comprimento e da área :
Passo 5
Para encontrar a densidade de corrente , precisamos relacionar a potência com a corrente . Usando a fórmula , podemos isolar :
Agora, substituímos na fórmula de :
Passo 6
Para encontrar a diferença de potencial , podemos usar a outra forma da potência: . Isolando :