Enunciado

Uma conta de vidro de 2.0 mm de diâmetro está carregada positivamente. A diferença de potencial entre um ponto situado a 2.0mm da conta e outro ponto, a 4.0 mm da conta, é de 500 V. Qual é a carga da conta?

Passo 1

Fala galera, tudo tranquilo? Esse problema requer um pouco de compreensão quanto a distância. Temos uma pequena esfera de vidro de 2.0 × 1 0 - 3 m de diâmetro, seu raio é de 1.0 × 1 0 - 3 m , para um ponto distante dessa esfera, ela passa a ser vista apenas como uma carga pontual. A DDP que é dada pela diferença de potencial V a ( p ) - V b ( p ) onde p é o ponto ao qual você quer encontrar o potencial.

Para o caso 1, temos que levar em conta a distância do primeiro ponto situado a 2.0mm até o raio da esfera que é de 1.0mm, o que nos dá uma distância de r =   2.0 m m   +   1.0 m m = 3.0 m m :

V 2 m m = Q 4   π ϵ 0   r = K Q r = ( 9.0 × 1 0 9 ) Q ( 3.0 × 1 0 - 3 )

A carga Q permanece pois queremos encontrar o valor dela.

Para o outro ponto em 4.0mm temos

V 4 m m = Q 4   π ϵ 0   r = K Q r = ( 9.0 × 1 0 9 ) Q ( 5.0 × 1 0 - 3 ) , pois agora estamos levando em conta a distância do ponto 4mm até o centro da esfera. Que são potenciais para a uma esfera condutora de raio R com r ≥ R .

Passo 2

Uma vez que tenhamos encontrado o potencial para os dois pontos dados no problema, agora podemos fazer uso da relação de DDP:

V 2 - V 4 = 500 V = K Q ( 1 3.0 × 1 0 - 3 - 1 5.0 × 1 0 - 3 )

500 = ( 9.0 × 1 0 9 ) Q 5.0 × 1 0 - 3 - 3.0 × 1 0 - 3 15 × 1 0 - 3 = ( 9.0 × 1 0 9 ) Q 2.0 × 1 0 - 3 15.0 × 1 0 - 3

Q = 500   9.0 × 1 0 9   15.0 × 1 0 - 3 2.0 × 1 0 - 3 = 4.2 × 1 0 - 10 C

Resposta

V 2 m m = Q 4   π ϵ 0   r = K Q r = ( 9.0 × 1 0 9 ) Q ( 3.0 × 1 0 - 3 )

V 4 m m = Q 4   π ϵ 0   r = K Q r = ( 9.0 × 1 0 9 ) Q ( 5.0 × 1 0 - 3 )

V 2 - V 4 = 500 V = K Q ( 1 3.0 × 1 0 - 3 - 1 5.0 × 1 0 - 3 )

500 = ( 9.0 × 1 0 9 ) Q 5.0 × 1 0 - 3 - 3.0 × 1 0 - 3 15 × 1 0 - 3 = ( 9.0 × 1 0 9 ) Q 2.0 × 1 0 - 3 15.0 × 1 0 - 3

Q = 500   9.0 × 1 0 9   15.0 × 1 0 - 3 2.0 × 1 0 - 3 = 4.2 × 1 0 - 10 C

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