Potencial elétrico. Capacitivo

ETAPA 2

_ Aula-tema: Potencial Elétrico. Capacitância.

Essa atividade é importante para compreender a definição de potencial elétrico e conseguir calcular esse potencial a partir do campo elétrico. Essa etapa também é importante para 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 eixo do cano. (O potencial é zero na parede do cano, que está ligado a terra).

V= K × Qd

Passo 2 (Equipe)

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

Veixo=-ρ . r22 . ε0 → -1,1.10-3 . 0,0522 . 8,85.10-12= -2,75.10-617,7.10-12=-0,155.106=-1,55.105

Vparede=0

DV= Veixo-Vparede→-1,55.105-0= -1,55.105JC

Passo 3 (Equipe)

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

C=QV

Q=200×10-12×7,0×103

Q=1,4×10-6C

Q=1,4 µC

Passo 4 (Equipe)

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

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, corrente elétrica e relacionar com resistência elétrica. Essa etapa também é importante para compreender os cálculos envolvidos em

um circuito elétrico como potência e energia. 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) em uma 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=LV Portanto i=∆q∆t=n.e.A.LL/V=n.e.A.L. VL

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 a qual a energia pode ter sido transferida do pó para uma centelha quando o pó deixou o cano. Considerar que quando o pó saiu do cano e entrou no silo, o potencial elétrico do pó mudou e o valor absoluto dessa variação foi pelo menos igual a diferença de potencial calculada no passo 2 na etapa 2.

P= U.i→P=-1,55.105 . 1,7.10-5=2,64W

Passo 3 (Equipe)

Calcular a energia transferida para a centelha se uma centelha ocorreu no momento em que o pó deixou o tubo e durou 0,20 s (uma estimativa razoável).

E=P. ∆t →2,64 . 0,20=0,53 J

Passo 4 (Equipe)

Desconsiderado, conforme orientação do professor.

ETAPA 4

_

Aula-tema: Campos Magnéticos.

Essa atividade é importante para compreender o campo magnético terrestre e