Enunciado

78- Um indicador de nível de combustível usa um capacitor para determinar a altura atingida pelo combustível em um tanque. A constante dielétrica efetiva K e f varia de um valor igual a 1 quando o tanque está vazio até um valor K , a constante dielétrica do combustível, quando o tanque está cheio. Um circuito eletrônico apropriado pode determinar a constante dielétrica efetiva da camada de ar combinada a camada do combustível entre as placas do capacitor.

Cada uma das suas placas retangulares possui largura w e um comprimento L (Figura 24.44 ). A altura do combustível entre as placas é h . Despreze qualquer efeito de borda.

( a ) Deduza a expressão para K e f em função de h .

( b ) Qual é a constante dielétrica efetiva quando o tanque está cheio até 1 / 4 de seu volume, 1 / 2 de volume e até 3 / 4 de volume, se o combustível for gasolina ( K = 1.95 ) ?

( c ) Repita a parte ( b ) para o metanol ( K = 33.0 )

( d ) Para qual dos dois fluidos esse indicador do nível de combustível é mais prático?

Passo 1

O capacitor de combustível e o capacitor de ar estão em paralelo no tanque:

E as capacitâncias podemos ser escritas como:

C = K ϵ 0 A d

Onda K = 1 quando inteiramente por ar e a área é a área da superfície lateral do tanque, pois os terminais das baterias estão ligadas nelas nos dando algo mais ou menos assim.

Então a soma das duas capacitâncias (por que estão em paralelo) será:

C = C a r + C c o m b

C = ϵ 0 w ( L - h ) d + K ϵ 0 h w d

Isolando os termos temos em comum:

C = ϵ 0 w d L - h + K h = ϵ 0 w d L + h K - 1

Poém para termos um valor equivalente de K devemos ter:

C e q = K e f w L d

Onde o termo w L é a área máxima que um dos materiais terá enquanto o termo K e f faz essa regulagem de área para cada uma delas separadamente.

Então devemos isolar L desse termo L + h K - 1 , ou seja

C e q = w l d 1 + h L K - 1

Isso nos dá um valor K e f igual a:

K e f = 1 + h L K - 1

Pois esse valor é a consante do capacitor equivalente entre o ar e o combustível nesse tanque.

Passo 2

Quando a 1 quarto do volume nós temos: e K = 1.95

h = L 4

Pois todas a base estará preenchida.

Então:

K e f = 1 + 1 4 1.95 - 1 = 1.2375

Para h = L 2 (volume na metade) nós teremos:

K e f = 1 + 1 2 1.95 - 1 = 1.475

E para h = 3 4 h (volume em 3 / 4 ) teremos:

K e f = 1 + 3 4 1.95 - 1 = 1.7125

Passo 3

Agora para K = 33 temos:

K e f 1 4 = 1 + 1 4 33 - 1 = 9

K e f 1 2 = 1 + 1 2 33 - 1 = 17

K e f 3 4 = 1 + 3 4 33 - 1 = 25

Passo 4

Quanto maior o range (intervalo do menor valor para o maior valor possível) do sensor mais preciso ele será, pois ele terá mais valores intermediários para atuar. Então nesse caso o metano é um melhor combustível para esse sensor.

Resposta

a )   K e f = 1 + h L K - 1

b )   K e f 1 4 = 1.2375 ; K e f 1 2 = 1.475 ; K e f 3 4 = 1.7125

c )   K e f 1 4 = 9 ; K e f 1 2 = 17 ; K e f 3 4 = 25

d )   m e t a n o l

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Um capacitor de placas paralelas preenchido com ar tem espaçamento d e placas com área A . O capacitor é carregada a uma diferença de potencial V e, é então, removido da fonte de tensão. Uma lâmina di
Você trabalha em uma companhia de engenharia que produz capacitores usados para armazenamento de energia para lasers pulsados. Seu gerente pede à sua equipe para construir um capacitor de placas paral
Um capacitor retangular de placas paralelas tem comprimento a e largura b , e tem um dielétrico de largue b parcialmente inserido até uma distância x entre as placas, como mostra a Figura 24-89. (a) D
Um capacitor eletricamente isolado que tem uma carga Q na sua placa carrega positivamente está preenchido parcialmente com uma substância dielétrica como mostra a Figura 24-49. O capacitor consiste em
Um capacitor de placas paralelas não tem nenhum dielétrico no espaço entre as placas, tem capacitância C 0 e a separação entre as placas é d . Duas lâminas dielétricas que têm constantes dielétricas κ