ATPS Fisica III

ETAPA 1

_ Aula-tema: Campo Elétrico. Lei de Gauss.

Essa atividade é importante para compreender a ação e a distância entre duaspartículas sem haver uma ligação visível entre elas e entender os efeitos dessa partículasujeita a uma força criada por um campo elétrico no espaço que as cerca.Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

Passo 2 (Equipe)

Supor que o pó (produto) de sua empresa esteja carregado negativamente e passando por umcano cilíndrico de plástico de raio R= 5,0 cm e que as cargas associadas ao pó estejamdistribuídas uniformemente com uma densidade volumétrica r . O campo elétrico E apontapara o eixo do cilindro ou para longe do eixo? Justificar.

Resp.:O campo elétrico aponta para o eixo do cilindro, pois como o produto está carregado negativamente isso faz com que haja atração das cargas.

Passo 3 (Equipe)

Escrever uma expressão, utilizando a Lei de Gauss, para o módulo do campo elétrico nointerior do cano em função da distância r do eixo do cano. O valor de E aumenta ou diminuiquando r aumenta? Justificar. Determinar o valor máximo de E e a que distância do eixo docano esse campo máximo ocorre para r = 1,1 x 10-3 C/m3 (um valor típico).

V=π×r^2×h

V=π×〖0,05〗^2×0,05

V=3,927×〖10〗^(-4) cm3

OBS: Foi considerado para a altura o mesmo valor do raio, pois o valor do mesmo não foi mencionado no exercício.

∂=(1,1×〖10〗^(-3))/(3,927×〖10〗^(-4) )=>2,80 Kg/cm3

(∂×π×r^2×L)/Eo=E×2×π×r×L

2,48×〖10〗^9=E×〖3,14×10〗^(-1)

E= (2,48×〖10〗^9)/〖3,14×10〗^(-1) =>7,91×〖10〗^9C

E=7,91 GC

Passo 4 (Equipe)

Verificar a possibilidade de uma ruptura dielétrica do ar, considerando a primeira condição,ou seja, o campo calculado no passo anterior poderá produzir uma centelha? Onde?

Resp.: Sim, haverá a produção de uma centelha, pois apesar do ar ser isolante os valores encontrados para o campo elétrico são valores elevados. A centelha será produzida na parte interna do tubo.

ETAPA 2

_ Aula-tema: Potencial Elétrico. Capacitância.

Essa atividade é importante para compreender a definição de potencial elétrico econseguir calcular esse potencial a partir do campo elétrico. Essa etapa também é importantepara estudar a energia armazenada num capacitor, considerando situações cotidianas.Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

Passo 1 (Equipe)

Determinar uma expressão para o potencial elétrico em função da distância r a partir do eixodo cano. (O potencial é zero na parede do cano, que está ligado a terra).

V=( K × Q)/d

Passo 2 (Equipe)

Calcular a diferença de potencial elétrico entre o eixo do cano e a parede interna para umadensidade volumétrica de cargas típica, r = 1,1 x 10-3 C/m3.

V_eixo=(-ρ . r^2)/(2 . ε_0 ) → (-1,1.〖10〗^(-3) . 〖0,05〗^2)/(2 . 8,85.〖10〗^(-12) )= (-2,75.〖10〗^(-6))/(17,7.〖10〗^(-12) )=-0,155.〖10〗^6=-1,55.〖10〗^5

V_parede=0

DV= V_eixo-V_parede→-1,55.〖10〗^5-0= -1,55.〖10〗^5 J⁄C

Passo 3 (Equipe)

Determinar a energia armazenada num operário, considerando que o homem pode sermodelado por uma capacitância efetiva de 200 pF e cada operário possui um potencialelétrico de 7,0 kV em relação a Terra, que foi tomada como potencial zero.

C= Q/V

Q=200×〖10〗^(-12)×7,0×〖10〗^3

Q=1,4×〖10〗^(-6)C

Q=1,4 µC

Passo 4 (Equipe)

Verificar a possibilidade de uma explosão, considerando a segunda condição, ou seja, aenergia da centelha resultante do passo anterior ultrapassou 150 mJ, fazendo com que o póexplodisse?

Resp.:De acordo com os resultados obtidos no passo anterior, foi analisado e concluído que a energia gerada não é suficiente para que a centelha seja gerada.

ETAPA 3

_ Aula-tema: Corrente e Resistência. Circuitos.

Essa atividade é importante para discutir as cargas em movimento, isto é, correnteelétrica e relacionar com resistência elétrica. Essa etapa também é importante paracompreender os cálculos envolvidos em um circuito elétrico como potência eenergia.Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

Passo 1 (Equipe)

Determinar a expressão para a corrente i (o fluxo das cargas elétricas associadas ao pó) emuma seção reta do cano. Calcular o valor de i para as condições da fábrica: raio do cano R =5,0 cm., velocidade v = 2,0 m/s e densidade de cargas r = 1,1 x 10-3 C/m3

Em um cano de comprimento L:

Densidade de carga  n.e

Carga total no cano  ∆q = n.e.A.L

A carga percorre o comprimento em um intervalo de tempo ∆t:

∆t= L/V Portanto i= ∆q/∆t=(n.e.A.L)/(L/V)=n.e.A.L.V/L

I = n.e.A.V Expressão

Sendo:

NE = densidade da carga

A = área da seção = ∏R²

V = velocidade

Aplicando os dados:

I = n.e.A.V

I = (1,1 x 10-3 C/m3) . (3,14) . (0,05m)² . (2,0m/s)

I = 1,7.10^(-5) A

Passo 2 (Equipe)

Determinar a taxa (potência) com

...