Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 22.Exercício - Ex. 17
Em um dia úmido, um campo elétrico de é suficiente para produzir faíscas de cerca de uma polegada de comprimento. Suponha que, na sua aula de física, um gerador Van de Graff (veja a Figura ), com um raio de esfera de , produza faíscas de polegadas de comprimento. Use a lei de Gauss para calcular a quantidade de carga armazenada na superfície da esfera, antes que você corajosamente descarregue-a com as mãos. Suponha que toda a carga esteja concentrada no centro da esfera e use a lei de Coulomb para calcular o campo elétrico na superfície da esfera.
Passo 1
Sabendo que a lei de Gauss é dada por:
Reorganizando a equação:
Temos que o resultado da carga será dada por:
Visto que o enunciado já dá o valor do campo elétrico gerado por uma faísca de uma polegada de comprimento, por proporcionalidade, o campo elétrico para produzir faíscas seis vezes maiores será seis vezes maior do que o dado. Logo:
Ainda, visto que a superfície é esférica, considerando uma superfície gaussiana com a mesma geometria a área será:
Passo 2
Então, a carga para esse primeiro caso será calculado por:
Logo:
Passo 3
Considerando que toda a carga esteja localizada no centro da esfera e usando a lei de Coulomb, o campo elétrico para esse caso é:
Portanto: