Mostre que, quando a chave do circuito mostrado na Figura 18.20 for fechada, o dielétrico será repelido para fora das placas do capacitor.

Passo 1

Na seção 18.2 do livro foi discutido que quando a carga é constante entre as placas, a presença do dielétrico dentro do capacitor aumentava a capacitância e reduzia a energia potencial do sistema:

U = Q 2 2 C

Com isso, era energeticamente vantajoso para a placa ser atraída para dentro do capacitor:

Q     c o n s t a n t e :                   ↑ C     ⇒         ↓ U       ⇒         d i e l e t r i c o   a t r a í d o

Acontece que neste caso o que é constante não é a carga e sim a tensão V entre as placas, devido à bateria! Com isso, temos que usar a relação:

U = 1 2 C V 2

Agora, a presença do dielétrico aumenta a capacitância, de forma que a energia aumenta também, sendo energeticamente desfavorável ao sistema! Por isso, o dielétrico é repelido para fora das placas:

V   c o n s t a n t e :                 ↓ C       ⇒         ↓ U             ⇒           d i e l e t r i c o     r e p e l i d o

Resposta

Demonstração.

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