Tem-se um fio longo uniformemente carregado. Em uma amostra deste fio com 1 mm de comprimento encontrou-se uma carga de
. Calcule o campo elétrico em volta deste fio nas seguintes distâncias:
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Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão fala sobre um fio longo que está carregado de forma uniforme. A gente precisa encontrar o campo elétrico ao redor desse fio numa distância de 2 centímetros. Para isso, vamos usar o conteúdo de Eletrostática, especialmente a Lei de Gauss para distribuições de carga simétricas. Vamos precisar calcular a densidade linear de carga e aplicar a fórmula do campo elétrico para um fio infinito.
Passo 2
Primeiro, vamos encontrar a densidade linear de carga (λ), que é a quantidade de carga por unidade de comprimento. Sabemos que em 1 milímetro (1 mm = 1 × 10⁻³ metros) de fio, a carga é de 12 × 10⁻¹² C. Então:
Passo 3
Agora, vamos usar a Lei de Gauss para encontrar o campo elétrico ao redor de um fio longo e carregado. A fórmula para o campo elétrico (E) a uma distância r de um fio infinito é:
Aqui, ε₀ é a constante de permissividade do vácuo, que vale aproximadamente 8,854 × 10⁻¹² C²/(N·m²).
Passo 4
Vamos substituir os valores que já temos na fórmula. A densidade linear de carga λ é 12 × 10⁻⁹ C/m, a distância r é 2 cm (que é 0,02 m), e ε₀ é 8,854 × 10⁻¹² C²/(N·m²).
Passo 5
Vamos calcular o denominador primeiro:
Agora, dividindo λ pelo resultado:
Resposta
O campo elétrico em volta do fio a 2 cm de distância é aproximadamente
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