P2 de Física 3 - FIS1051 da PUCRIO - 2014.1

Considere o cabo coaxial muito longo da figura abaixo, formado por um cilindro central de raio e uma casca cilíndrica externa de raios e , concêntrica com cilindro.

Sabendo que uma corrente flui no cilindro e uma corrente flui na casca cilíndrica (em sentidos opostos):

Calcule o campo magnético (módulo, direção e sentido) em todas as regiões do espaço considerando que as corrente estão uniformemente distribuídas nas seções transversais do cilindro e da casca cilíndrica.

Faça um gráfico do módulo de em função do raio (distância ao centro do cabo).

A figura mostra dois fios condutores de corrente. A corrente no fio tem o sentido positivo do eixo e a corrente no fio tem o sentido positivo do eixo . Com esta escolha de sistemas de coordenadas, o sentido positivo do eixo é para fora do papel. As corrente nos fios e são iguais a .

Utilizando explicitamente a lei de Biot-Savart:

Calcule o campo magnético gerado no ponto pela corrente no fio .

Calcule o campo magnético gerado no ponto pela corrente no fio

Calcule o campo magnético total gerado no ponto pelas correntes dos fios e .

Duas placas paralelas condutoras de área , separadas de uma distância pelo meio dielétrico de permissividade elétrica , constituem um capacitor cuja capacitância aproximada é dada por:

Baseado nisso, considere a configuração da Figura , constituída de uma bateria e três placas paralelas condutoras de determinada espessura não desprezível e equivalente a uma combinação de dois capacitores. As placas estão inicialmente descarregadas, têm áreas iguais a cada uma e estão separadas de por meios dielétricos iguais de constante dielétrica . (Nos cálculos, utilize: )

Considere as seguintes fases sucessivas:

Fase :

As placas e são conectadas a uma bateria de fem igual a , conforme a Figura . Nesta situação, determine:

As cargas elétricas, com sinais, das placas , e .

A energia total armazenada nas regiões entre as placas.

Fase :

A bateria é removida e, a seguir, os meios dielétricos entre as placas são substituídos pelo vácuo, conforme mostra a Figura . Nesta situação determine:

As d.d.p entre as placas: , e .

O trabalho externo necessário para remover os dielétricos.

Fase :

As placas e são conectadas entre si durante longo tempo por um fio com resistência de , conforme mostra a Figura . Nesta fase, determine:

A intensidade e o sentido da corrente elétrica no fio em função do tempo.

A energia dissipada no fio

A carga elétrica das placas ao final desta fase.