Enunciado
Física - Randall D. Knight - Eletricidade e Magnetismo- Ed: 2º - Capítulo 30.Exercícios e Problemas - Ex. 85
Sinais de alta freqüência geralmente são transmitidos ao longo de cabos coaxiais, tal como o que é mostrado na FIGURA PD30.85. Por exemplo, o cabo ao qual está conectada a sua TV por assinatura é um cabo coaxial. O sinal é conduzido sobre um fio de raio , enquanto o condutor externo, de raio , está aterrado (ou seja, com ). Um material isolante preenche o espaço entre os dois condutores, e um isolante plástico recobre totalmente o exterior do cabo.
- Obtenha uma expressão para a capacitância por metro do cabo coaxial. Considere que o material isolante entre os cilindros seja o ar.
- Determine o valor da capacitância por metro do cabo se e .
Passo 1
Faaaaaala, galera... Tranquileba??
Dado que o campo é perpendicular a superfície e tomando a simetria do sistema podemos aplica a lei de Gauss para o fluxo Elétrico:
Sendo o campo constante em todo o fio, logo:
E a área gaussiana do cilindro é dada como:
E a densidade linear de carga é:
Assim ficando:
E assim, a relação entre a diferença de potencial e o campo elétrico é:
Assim:
É pedido pra gente calcular a ddp entre os dois cilindros, assim . De modo que
Lembrando que:
Passo 2
Pede-se a capacitância, que é dada por:
Assim:
Dito que é a capacitância por metro do cabo coaxial, logo:
Passo 3
Para b)
Resposta
Para a)
Para b)