Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 29.Problemas - Ex. 72
Um capacitor possui duas placas paralelas com área separadas por uma distância . O espaço entre as placas está preenchido com um material que possui constante dielétrica . O material não é um isolante perfeito, mas possui resistividade . O capacitor tem carga inicial de módulo em cada placa que gradualmente se descarrega devida à condução através do dielétrico.
Calcule a densidade da corrente de condução no dielétrico.
Mostre que em qualquer instante a densidade de corrente de deslocamento no dielétrico é igual em módulo à densidade da corrente de condução, mas com sentido contrário, de modo que a densidade de corrente total é igual a zero em todo instante.
Passo 1
Vamos aplicar a lei de Ohm ao dielétrico para relacionarmos a corrente no dielétrico com a carga nas placas, dessa forma obtemos
Do capacitor nós devemos lembrar que
Sendo assim, substituindo a expressão acima em vamos obter
Agora, precisamos lembrar que é possível escrever como sendo e também que nossa corrente é nada mais nada menos que daí nós conseguimos extrair a seguinte equação diferencial
Integrando ambos os lados vamos obter
A expressão para vamos obter derivando a expressão acima em relação ao tempo, então
Portanto, nossa expressão para densidade de corrente de condução será
Passo 2
Agora para encontrarmos a densidade de corrente de deslocamento façamos
Dessa forma, a densidade de corrente de deslocamento será
Pronto, está resolvido o nosso problema.
Resposta