Enunciado

As ondas eletromagnéticas se propagam em condutores de modo muito diferente da propagação em dielétricos e no vácuo. Quando a resistividade do condutor for suficientemente pequena (ou seja, quando ele for um bom condutor), o campo elétrico oscilante da onda produzirá uma corrente de condução oscilante que é muito maior que a corrente de deslocamento. Nesse caso, a equação de onda para o campo elétrico (x, t) Ey(x, t) se propagando no sentido x no interior do condutor é dada por em que m é a permeabilidade do condutor e r é sua resistividade. (a) Uma solução para essa equação de onda é dada por Ey(x, t) EmáxekCx cos (kCx vt), em que kC = vm 2r. Verifique essa solução substituindo Ey(x, t) na equação de onda precedente. (b) O termo exponencial mostra que a amplitude do campo elétrico diminui à medida que a onda se propaga. Explique a razão desse efeito. (Dica: o campo realiza trabalho para mover a carga no interior do condutor. A corrente resultante desse movimento produz uma dissipação de calor i 2 R no interior do condutor, fazendo sua temperatura aumentar. De onde provém a energia para isso?) (c) Mostre que a amplitude do campo elétrico diminui por um fator 1/e para uma distância determinada por 1 kC = 2r vm e calcule essa distância para uma onda de rádio com frequência f 1,0 MHz no cobre (resistividade 1,72 108 V m e permeabilidade m m0). Como essa distância é muito pequena, as ondas eletromagnéticas praticamente não se propagam no interior do cobre. Ao contrário, elas são refletidas na superfície do metal. A partir disso, conclui-se que as ondas de rádio não penetram no cobre nem em outros metais, explicando-se por que a recepção das ondas de rádio é extremamente fraca no interior de um ambiente cercado por uma estrutura metálica.

Passo 1

E aiii gente,

Tudo bom com vocês?

Vamos fazer mais uma questãozinha aqui!

Letra a:

Temos que:

E y x , t = E m a x e - k c x cos ⁡ k C x - ω t

∂ E y ∂ x = E m a x - k c e - k c x cos ⁡ k 0 x - ω t + E m a x - k c e - k c x sin ⁡ k c x - ω t

∂ 2 E y 2 x 2 = E m a x + k c 2 e - k c x c o s ⁡ k c x - ω t + E m a x + k c 2 e - k C x s i n ⁡ k ∞ x - ω t + E m a x + k 2 e - k c x s i n ⁡ k c x - ω t + E m a x - k c 2 e - k c x c o s ⁡ k c x - ω t

∂ 2 E y ∂ x 2 = + 2 E m a x k c 2 e - k x sin ⁡ k c x - ω t

∂ E y ∂ t = + E m a x e - k c x ω sin ⁡ k c x - ω t

Sendo ∂ 2 E y ∂ c 2 = μ ∂ E y ρ ∂ t

Então,

2 E m a x k c 2 e - k c x s i n ⁡ k c x - ω t = μ / ρ E m a x e - k c x ω s i n k c x - ω t

Isso só é verdade se:

2 k C 2 ω = μ ρ

Ou

k C = ω μ 2 ρ

Passo 2

Letra b:

A energia na onda é dissipada pelo aquecimento i 2 R do condutor.

Passo 3

Letra c:

E y = E y 0 e ⇒ k c x = 1

Então,

x = 1 k c = 2 ρ ω μ = 2 1 ⋅ 72 × 10 - 8 Ω ⋅ m 2 π 1.0 × 10 6 H z μ 0 = 6.60 × 10 - 5 m

Quanto mais baixa a frequência das ondas, maior é a distância que elas podem penetrar em um condutor. Um dielétrico (isolante) tem uma resistividade muito maior e essas ondas podem penetrar a uma maior distância nesses materiais.

Resposta

  1. 2 E m a x k c 2 e - k c x sin ⁡ k c x - ω t = μ ρ E m a x e - k c x ω s i n k c x - ω t
  2. A energia na onda é dissipada pelo aquecimento i 2 R do condutor.
  3. 6.60 × 10 - 5 m
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