P3 de Física 3 - FIS1051 da PUCRIO - 2017.1

Considere o objeto abaixo (um paralelepípedo) com uma carga colocada em seu centro geométrico .

1. Qual o fluxo total do campo elétrico através da superfície do objeto?
2. Você pode calcular o campo elétrico em qualquer ponto da superfície do objeto sem usar a lei de Coulomb? Como?

Troque o objeto por um cubo de lado . A carga é deslocada para o centro do cubo .

3. Qual é o fluxo total do campo elétrico através do cubo? Você pode calcular o fluxo em cada uma das faces? Qual o fluxo em cada face?
4. Você pode calcula o campo elétrico em qualquer ponto da superfície do cubo sem usar a lei de Coulomb? Como?
5. Qual é o módulo do campo elétrico em cada um dos vértices do cubo?

Um fio muito longo (que podemos considerar infinito) e paralelo ao eixo está transportando uma corrente variável no tempo . Uma espira quadrada de lados e e resistência total está se deslocando no sentido positivo do eixo com uma velocidade constante . A distância entre o fio e o primeiro segmento da espira é (que também varia no tempo). O sistema está ilustrado na figura abaixo

1. Encontre a expressão para o fluxo do campo magnético associado à espira.
2. Encontre a expressão para da induzida na espira em função da distância e da velocidade .

Suponha agora que a espira para uma distância de do fio (). Neste instante a corrente no fio está aumentando com uma taxa de .

3. Qual é o sentido da corrente induzida na espira?

A figura mostra um circuito utilizado para a geração de picos de alta tensão. Neste circuito acorrem as seguintes fases sucessivas:

Fase 1: chave fechada e aberta durante longo tempo

Fase 2: chave aberta e fechada durante longo tempo

A figura mostra o gráfico da d.d.p. durante as fases e

Com o indutor inicialmente sem corrente, determine:

1. A expressão para a d.d.p. em função do tempo na fase a partir do instante de tempo no qual o interruptor é fechado. Deixe a expressão em função de , e .
2. Os valores de , e sendo e assumindo (base dos logaritmos neperianos). Sugestão: utilize informações contidas no gráfico da figura considerando as fases e

Supondo agora que o resistor seja retirado e no seu lugar seja colocado um capacitor . Além disso, os valores de , e são os mesmos encontrados nos itens anteriores. Com este novo circuito as fases e 2 são repetidas.

3. Trace o gráfico da d.d.p. em função do tempo nas fases e . Em outras palavras desenhe a nova figura para este circuito.

Um capacitor de placas planas e paralelas, de capacitância , inicialmente descarregado é conectado a uma fonte de tensão contínua . No instante a chave é fechada e o capacitor fica ligado por um tempo muito longo acumulando uma carga e uma energia potencial (situação em equilíbrio)

Caso 1:

Com a fonte de tensão ligada, um material de constante dielétrica é inserido entre as placas do capacitor. Nestas condições:

1. Demonstre que , onde é a nova energia potencial após a inserção do dielétrico.

Caso 2:

Partindo da situação de equilíbrio, antes de colocar o material de constante dielétrica o capacitor é desligado da fonte de tensão. Em seguida o material dielétrico é então inserido no capacitor mantendo ele desconectado da fonte.

2. Demonstre que , onde é a nova energia potencial após a inserção do dielétrico.