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Enunciado

Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 24.Exercício - Ex. 47

Um capacitor de 12   μ F   é conectado a uma fonte de energia que mantém constante uma diferença de potencial de 24   V através das placas. Um pedaço de material com constante dielétrica de 3,75 é colocado entre as placas, preenchendo completamente o espaço entre elas. a)Quanta energia é armazenada antes e depois da inserção do dielétrico? b)Qual foi a variação da energia durante a inserção? Ela aumentou ou diminuiu?

Passo 1

letra a)

A energia armazenada antes da inserção do dielétrico será:

U o = 1 2 C o V o 2

U o = 1 2 12 ⋅ 10 - 6 24 2

U o = 3,6 ⋅ 10 - 3   J

Passo 2

Após a inserção do dielétrico, a capacitância passará a ser:

C = K C o

Então a energia armazenada será:

U = 1 2 K C o V o 2

U = K U o

Substituindo valores:

U = 3,75 3,6 ⋅ 10 - 3

U = 13,5 ⋅ 10 - 3 J

Passo 3

letra c)

Queremos agora a diferença de energia armazenada.

Δ U = U - U o

Δ U = 13,5 ⋅ 10 - 3 - 3,6 ⋅ 10 - 3

Δ U = 9,9 ⋅ 10 - 3   J

Passo 4

Como a diferença de energia foi positiva, a quantidade de energia armazenada aumentou após a inserção do dielétrico.

Resposta

letra a) U o = 3,6 ⋅ 10 - 3   J , U = 13,5 ⋅ 10 - 3 J

letra b) Δ U = 9,9 ⋅ 10 - 3   J , aumentou.

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