Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 25.Problemas Desafiadores - Ex. 83
A experiencia de Tolman-Stewart (1916) demonstrou que as cargas livres de um metal são negativas e forneceu um método quantitativo para a determinação da razão entre o modulo da carga e a massa do portador de carga. A experiencia consiste em interromper repentinamente a rotação de um carretel com um fio enrolado e medir a diferença de potencial produzida entres suas extremidades. Em um modelo simplificado dessa experiencia, considere uma barra metálica de comprimento L que se desloca com uma aceleração da esquerda para a direita. Inicialmente, as cargas se deslocam para a parte esquerda da barra, produzindo um campo elétrico ao longo da barra. No estado estacionário, esse campo exerce uma força sobre as cargas livres, acelerando-as através da barra. (a) Aplique a relação para as cargas livres a fim de obter em termos do modulo do campo elétrico induzido e da aceleração . (b) Supondo que todas as cargas livres da barra metálica possuam a mesma aceleração, o campo elétrico é o mesmo em todos os pontos da barra. Use o fato para reescrever a expansão de em termos da diferença de potencial entre as extremidades da barra (Figura 25.44). (c) Se as cargas livres possuem um sinal negativo, qual das extremidades da barra, b ou c, estará a um potencial mais elevado? (d) Para uma barra de comprimento igual a 0,50 m e supondo qye as cargas livres sejam elétrons (carga , massa ), qual deve ser a aceleração necessária para produzir uma diferença de potencial igual a 1,0 mV entre as extremidades da barra? (e) Discuta a razão pela qual, na experiencia real, se usou m fio fino girando enrolado em um carretel em vez de uma barra com aceleração linear, como em nosso modelo simplificado.
Passo 1
Bom, galera, aqui vamos seguir as etapas especificadas no problema.
Passo 2
- Temos que:
- Se o campo elétrico é constante,
- As cargas gratuitas são "deixadas para trás", de modo que a extremidade esquerda da haste é carregada negativamente, enquanto a extremidade direita é carregado positivamente. Assim, o ponto certo, ponto c, está no maior potencial.
- Agora, calculando qual é a aceleração necessária para produzir uma diferença de potencial igual a 1,0 mV entre as extremidades da barra, fazemos:
- A realização do experimento de forma rotacional permite manter o aparato experimental em uma área localizada - enquanto uma aceleração como a obtida em (d), se linear, teria rapidamente o aparato movendo-se em altas velocidades e grandes distâncias. Além disso, o carretel rotativo de arame fino pode ter muitas voltas de arame e o potencial total é a soma dos potenciais em cada tum, o potencial em cada tum vezes o número de voltas.
Que nos dá:
Passo 3
E
Passo 4
Passo 5
Passo 6
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)