Campo elétrico. Lei gaussiana

Etapa 1

Aula-tema: Campo Elétrico. Lei de Gauss.

Essa atividade é importante para compreender a ação e a distância entre duas partículas sem haver uma ligação visível entre elas e entender os efeitos dessa partícula sujeita a uma força criada por um campo elétrico no espaço que as cerca.

PASSOS

Passo 1 (Aluno)

Pesquisar em livros da área, revistas e jornais, ou sites da internet, notícias que envolvem explosões de fábricas que têm produtos que geram ou são a base de pó.

Passo 2 (Equipe)

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

Resolução:

O campo elétrico E aponta para o eixo do cilindro, pois por conversão, as linhas de força tem a mesma orientação do vetor campo elétrico e campos gerados por cargas elétricas negativas tem linhas de forças convergentes.

Passo 3 (Equipe)

Escrever uma expressão, utilizando a Lei de Gauss, para o módulo do campo elétrico no interior do cano em função da distância r do eixo do cano. O valor de E aumenta ou diminui quando r aumenta? Justificar. Determinar o valor máximo de E e a que distância do eixo do cano esse campo máximo ocorre para ρ=1,1x〖10〗^(-3) C⁄m^3 (um valor típico).

Resolução:

Q=1,1x〖10〗^(-3) C⁄m^3

R=0,5m

V=E.2π.r.h

Qenv=ρ.h.π.r^2

E0.V=qenv

O campo elétrico dentro do cano varia linearmente com a distância r, quando r aumenta o campo elétrico diminui.

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?

Resolução:

Sim, haverá a produção de uma centelha. O valor calculado mostra que ocorrerá uma ruptura dielétrica e como o pó esta carregado negativamente e passando por um cano cilíndrico, ou seja, a carga é negativa no núcleo.

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.

PASSOS

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).

Resolução:

V=(K.Q)/r