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Enunciado

Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 24.Exercício - Ex. 26

Um capacitor no ar é constituído por duas placas paralelas largas, separadas por uma distância igual a 1,50 mm. O módulo da carga de cada placa é igual a 0,0180   μ C quando a diferença de potencial é de 200 V. (a) Qual é o valor da capacitância? (b) Qual é a área de cada placa? (c) Qual é a voltagem máxima que pode ser aplicada sem que ocorra ruptura dielétrica? (A ruptura dielétrica do ar ocorre quando a intensidade do campo elétrico é igual a 3 × 10 6 V / m ). (d) Quando a carga é igual a 0,0180   μ C , qual é a energia acumulada?

Passo 1

letra a)

A capacitância é dada pela fórmula:

C = Q V

C = 0,0180 ⋅ 10 - 6 200

C = 9 ⋅ 10 - 11   F

Passo 2

letra b)

Podemos relacionar área com capacitância usando a fórmula:

C = ϵ o A d

A = C d ϵ o

A = 9 ⋅ 10 - 11 ⋅ 1,5 ⋅ 10 - 3 8,86 ⋅ 10 - 12

A = 0 , 0 152   m 2

Passo 3

letra c)

Precisamos encontrar V para E = 3 ⋅ 10 6   V / m . Então:

E = V d

V =   E d

V = 3 ⋅ 10 6 ⋅ 1,5 ⋅ 10 - 3

V = 4,5 ⋅ 10 3   V

Passo 4

letra d)

Para Q = 0,0180 ⋅ 10 - 6   C a energia será:

U = Q 2 2 C

U = 0,0180 ⋅ 10 - 6 2 2   ( 9 ⋅ 10 - 11 )

U = 1,8 ⋅ 10 - 6   J

Resposta

letra a) C = 9 ⋅ 10 - 11   F

letra b) A = 0 , 0 152   m 2

letra c) V = 4,5 ⋅ 10 3   V

letra d) U = 1,8 ⋅ 10 - 6   J

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