Enunciado
Física - Halliday - Vol 3- Ed: 4º - Capítulo 37.Exercícios e Problemas - Ex. 11
Enquanto um capacitor de placas paralelas circulares, de diâmetro , está sendo carregado, a densidade de corrente de deslocamento através da região entre as placas é uniforme e tem módulo igual a .
a. Calcular o módulo do campo magnético numa distância do eixo de simetria da região.
b. Calcular nesta região.
Passo 1
Fala pessoal, tudo certinho? vamos responder mais uma questão, então prepara o material e vamos responder!!
A densidade de corrente é definida como a corrente que passa pela superfície escolhida. O campo magnético fora do fio é proporcional à corrente fechada e inversamente proporcional à distância do fio. A corrente de deslocamento é um termo que aparece nas equações de Maxwell e estabelece a taxa de variação do campo de deslocamento elétrico. Nessa equação, temos o fluxo elétrico, medindo quanto do campo elétrico passa pela superfície escolhida:
Passo 2
A - Como precisamos da corrente encerrada quando estamos na distância r, podemos primeiro resolver a primeira equação para I, multiplicando por J.
Dizem-nos que as placas são circulares, antes de prosseguir, pense em qual seria a superfície apropriada para trabalhar ser. Nos casos de placas circulares usamos a superfície de um círculo :
Fazendo a substituição dos termos
Convertendo de milímetros para metros, obtemos
Logo, temos que
Agora temos todos os dados necessários para usar a segunda equação:
Novamente, fazendo a substituição
Que tem como resultado
Passo 3
B - Terminamos a primeira parte, mantenha o foco na próxima parte! A corrente de deslocamento é dada pela terceira equação, mas podemos repetir o processo da terceira etapa e expressar a corrente de deslocamento em termos da densidade da corrente de deslocamento novamente multiplicada pela superfície do círculo. Como ambas as expressões expressam a corrente de deslocamento, podemos simplesmente igualá-las:
Somos solicitados a encontrar a taxa de variação do campo elétrico, mas na equação acima está a taxa de variação do fluxo elétrico. Tente fazer a transição do fluxo elétrico para o campo elétrico sozinho e volte para verificar sua resposta. Para fazer a transição do fluxo elétrico para o campo elétrico, usamos a quarta equação:
Como a superfície é constante, podemos reescrever a expressão acima como:
Por fim, inserimos isso na equação do quinto passo, implementando a superfície de um círculo:
A parte mais difícil acabou. Estamos interessados na taxa de variação do campo elétrico e tudo o que resta é dividir a expressão acima por
Substituindo os termos