P2 de Física 3 - FIS1051 da PUCRIO - 2017.1

Considere o circuito da figura onde , , , , , e . Os capacitores são de placas planas e paralelas separadas de e têm capacitâncias dadas por . Todos os capacitores estão inicialmente descarregados. Neste circuito, ocorrem as seguintes fases sucessivas:

Fase 1: chaves e fechadas simultaneamente e aberta durante um longo tempo.

Fase 2: chaves , e abertas e, a seguir, a separação das placas de é triplicada e a de é duplicada.

Fase 3: chaves e abertas e fechada durante um longo tempo

Determine:

1. A diferença de potencial em função do tempo durante a Fase 1
2. A energia armazenada nos capacitores no final da fase 2
3. A intensidade e sentido da corrente em no início da fase 3
4. O trabalho necessário para aumentar a separação das placas do capacitor e a força externa mínima (sem aceleração) na Fase 2. (Sugestão: lembre-se que , sendo a distância entre as placas)

Considere a espira quadrada de lado da figura abaixo, percorrida por uma corrente de intensidade constante no sentido horário. O sistema de coordenadas está indicado na figura, com o semieixo positivo-z saindo do plano do papel em direção ao leitor. Lembre-se que .

1. Em toda a região da espira existe um campo magnético externo homogêneo dado por . Qual (ou quais) dos segmentos de fio, numerados na figura, não sofrem força magnética devida ao campo externo? Justifique.
2. Calcule, em relação ao centro da espira, o vetor torque resultante devido ao campo externo nas condições do item (a)
3. Desconsidere agora o campo externo e suponha que os fios e tenham comprimento de apenas . Deste modo, os fios e podem ser considerados “muito longos”, paralelos e separados pela distância de . A corrente na espira continua com intensidade . Encontre o módulo da força que o fio 1 exerce numa seção de 2,0 cm do fio 3 afastada de suas extremidades e responda se essa força é de atração ou repulsão.

Considere agora a próxima figura, em que a linha amperiana aparece envolvendo os fios e da espira quadrada analisada anteriormente.



4. Sabendo que , encontre o valor da nova corrente que percorre a espira quadrada e informe também o seu sentido (horário ou anti-horário)

A figura abaixo mostra uma Bobina de Helmholtz, um dispositivo utilizado para produzir uma região de campo magnético razoavelmente uniforme. Este dispositivo também é usado em aparatos de pesquisa para cancelar o campo magnético da Terra (entre diversas outras aplicações).

O dispositivo consiste de duas espiras circulares de raio , ambas perpendiculares ao eixo de simetria, com seus centros separados por uma distância também igual a . As duas carregam correntes fluindo no mesmo sentido.

1. Calcule o campo magnético sobre o eixo, devido à espira da esquerda, no ponto situado a uma distância (medida a partir do centro desta espira) entre as duas espiras (módulo, direção, sentido). ATENÇÃO: o ponto NÃO está situado no centro das espiras, mas em uma posição genérica do eixo entre as espiras.
2. Calcule o campo magnético no mesmo ponto devido à outra espira (módulo, direção, sentido).
3. Qual é o campo magnético total em (módulo, direção, sentido)?

Considere agora uma partícula carregada, , com carga negativa, que passa no ponto (onde o campo magnético é praticamente uniforme) com uma velocidade , onde é uma constante.

4. A partícula será defletida ou continuará na sua direção e sentido? Se mantiver direção e sentido, justifique. Se não, descreva qualitativamente em que direção e sentido a partícula será defletida.