Um capacitor de placas paralelas, inicialmente no ar, tem capacitância de 4,0 µF e é carregado por uma bateria…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um capacitor de placas paralelas, inicialmente no ar, tem capacitância de 4,0 µF e é carregado por uma bateria de 12 V. Depois de carregado, ele é desconectado da bateria e permanece isolado. Em seguida, um material dielétrico de constante dielétrica igual a 3 é inserido completamente entre as placas. Considere desprezíveis os efeitos de borda. Determine a capacitância, a carga, a diferença de potencial e a energia armazenada no capacitor após a inserção do dielétrico. Explique quais grandezas se mantêm ou se alteram e por quê.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
A capacitância passa a 12 µF, pois a inserção do dielétrico a multiplica por 3. Como o capacitor está isolado, sua carga permanece constante: Q = C V = 4,0 µF × 12 V = 48 µC. A nova diferença de potencial é V = Q/C = 48 µC/12 µF = 4,0 V. A energia armazenada passa de 288 µJ para 96 µJ, pois, com carga constante, U = Q²/(2C), e a capacitância triplicou.
Explicação
O dielétrico triplica a capacitância. Como a bateria foi desconectada, não há caminho para a carga sair ou entrar no capacitor; assim, Q permanece constante, enquanto a tensão e a energia diminuem para um terço dos valores iniciais.
Raio-X da questão
Comportamento de capacitor isolado com dielétrico.
Relacionar capacitân
Relação entre capacitância, carga e diferença de potencial. · Expressões para energia armazenada em um capacitor.
Energia eletrostática armazenada em capacitores.
Manter a tensão constante como se o capacitor continuasse ligado à bateria.
Atenção e organização do raciocínio.
Situação física idea
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