Seja
o campo elétrico no interior (vácuo) de um capacitor de placas planas e paralelas. Ao introduzirmos um dielétrico entre as placas desse capacitor, o campo elétrico resultante no interior do dielétrico é menor que
. Justifique esta 4200 V
Fig. 20
afirmação com base na polarização
molecular do dielétrico.
Fig. 20
afirmação com base na polarização
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão fala sobre um capacitor de placas planas no vácuo, onde o campo elétrico é
. Quando colocamos um material dielétrico entre as placas, o campo elétrico dentro desse dielétrico diminui. Nosso objetivo aqui é entender por que isso acontece, usando o conceito de polarização molecular do dielétrico. Para resolver isso, vamos precisar entender o que é polarização, como ela afeta o campo elétrico e usar algumas fórmulas básicas de eletrostática.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre o que é polarização molecular. Em um material dielétrico, as moléculas têm dipolos elétricos, mesmo que não tenham carga líquida. Quando um campo elétrico externo, como o
do capacitor, é aplicado, esses dipolos tendem a se alinhar na direção oposta ao campo. Isso cria um campo elétrico interno no dielétrico que se opõe ao campo externo.
Passo 3
Esse alinhamento dos dipolos reduz o campo elétrico total dentro do dielétrico. Para entender isso melhor, podemos usar a relação entre o campo elétrico no vácuo (
), o campo devido à polarização (
) e o campo elétrico resultante no dielétrico (
):
Aqui,
é o campo criado pela polarização das moléculas, que atua na direção oposta ao campo externo.
Passo 4
Agora, vamos pensar no fator de redução do campo elétrico. A constante dielétrica (
) do material relaciona os campos elétricos:
Como
é sempre maior que 1 para materiais dielétricos, isso mostra que
é menor que
:
Passo 5
Então, resumindo tudo: quando introduzimos um dielétrico entre as placas do capacitor, as moléculas do dielétrico se polarizam e criam um campo elétrico interno que se opõe ao campo externo
. Esse campo de polarização reduz o campo elétrico total dentro do dielétrico, fazendo com que
.
Resposta
Portanto, ao introduzir um dielétrico entre as placas do capacitor, a polarização molecular do material gera um campo elétrico interno que se opõe ao campo externo, resultando em um campo elétrico no interior do dielétrico menor que
.
Exercícios relacionados
Faça o que se pede.
(a) Encontre um equação para a reta que passa pelos pontos e
.
(a) Encontre um equação para a reta que passa pelos pontos
Supondo
e ligando a esfera à casca por um fio longo e condutor, explique como ficará a distribuição de cargas na esfera e na casca esférica. R: a)
; b) q fluirá da esfera para a casca.
Calcule, caso exista ou justifique a nâo exitência:
Resolva as indeterminações abaixo usando a Regra de L(d)