Suponha que uma nuvem de tempestade, com
de largura e
de comprimento, flutua 500 m acima de uma área plana. A nuvem está dotada de 160 C de carga, enquanto o solo é neutro. Aproxime o sistema nuvem-solo por um capacitor de placas paralelas.
a) Qual a diferença de potencial entre a nuvem e o solo?
a) Qual a diferença de potencial entre a nuvem e o solo?
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que o exercício está pedindo. Temos uma nuvem de tempestade com 2,0 km de largura e 3,0 km de comprimento, que está a 500 metros acima do solo. A nuvem possui uma carga elétrica de 160 C, enquanto o solo está neutro. Queremos calcular a diferença de potencial elétrico entre a nuvem e o solo, aproximando esse sistema como um capacitor de placas paralelas.
Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de capacitores e a relação entre carga, capacitância e diferença de potencial. Vamos dividir a resolução em passos para facilitar o entendimento.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a área das “placas” do capacitor, que no nosso caso são a nuvem e o solo. A área
é dada pelo produto da largura e do comprimento da nuvem.
Passo 3
Agora, vamos calcular a capacitância
do sistema capacitor. A capacitância de um capacitor de placas paralelas é dada por:
Onde:
-
é a permissividade do vácuo ( ) -
é a área das placas -
é a distância entre as placas (neste caso, a altura da nuvem, que é 500 m)
Substituindo os valores:
Passo 4
Por fim, vamos encontrar a diferença de potencial
entre a nuvem e o solo usando a relação entre carga
, capacitância
e potencial
:
Substituindo os valores:
Resposta
A diferença de potencial entre a nuvem e o solo é aproximadamente
volts.
Exercícios relacionados
Suponha que uma nuvem de tempestade, com
de largura e
de comprimento, flutua 500 m acima de uma área plana. A nuvem está dotada de 160 C de carga, enquanto o solo é neutro. Aproxime o sistema nuvem-solo por um capacitor de placas paralelas.
b) A ocorrência de raios requer intensidades de campo elétrico de aproximadamente 2,5 . As condições descritas no problema são suficientes para a ocorrência de um raio?
b) A ocorrência de raios requer intensidades de campo elétrico de aproximadamente 2,5
Você deve conectar os capacitores
e
, com
, a uma bateria. Primeiro você concecta cada capacitor individualmente, depois em série e, por último, em paralelo. Liste os arranjos de acordo com a carga armazenada, começando pela maior carga.
Um capacitor caseiro é montado colocando-se duas formas de torta de 23 cm de diâmetro separadas por 4 cm e conectando-as aos terminais opostos de uma bateria de 9 V. Estime © o campo elétrico a meio caminho entre as placas
Suponha que uma nuvem de tempestade, com
de largura e
de comprimento, flutua 500 m acima de uma área plana. A nuvem está dotada de 160 C de carga, enquanto o solo é neutro. Aproxime o sistema nuvem-solo por um capacitor de placas paralelas.
c) Qual é a energia potencial elétrica total contida no campo existente entre a nuvem de tempestade e o solo?
c) Qual é a energia potencial elétrica total contida no campo existente entre a nuvem de tempestade e o solo?