Exercícios Capacitores Física II

Prévia do material em texto

1ª Lista Exercícios 
Física II (Capítulo 25) 
Fonte: Fundamentos da Física – David Halliday, Robert Resnick, 
Jearl Walker. (vol. 3 – 9a. ed.) 
Profª Thaiana Cordeiro 
Capacitores 
1) Um eletrômetro é um aparelho usado para medir carga 
estática. Uma carga desconhecida é colocada sobre as placas 
do capacitor do medidor e a ddp é medida. Qual a carga mínima 
que pode ser medida por um eletrômetro com uma 
capacitância de 50,0 pF e uma sensibilidade de voltagem de 
150 mV? (7,50 pC) 
2) Você possui duas placas metálicas planas, cada uma com 
área de 1,00 m2, para construir com elas um capacitor de 
placas paralelas. Se a capacitância do dispositivo deve ser de 
1,00 F, qual deve ser a separação entre as placas? Este 
capacitor poderia ser realmente construído? (8,85 pm) 
3) Um capacitor de placas paralelas tem placas circulares de 
8,20 cm de raio e 1,30 mm de separação. (a) Calcule a 
capacitância. (b) Que carga aparecerá sobre as placas, se for 
aplicada uma ddp de 120 V? (144 pF; 17,3 nC) 
4) As placas de um capacitor esférico possuem raios de 36,0 
mm e 40,0 mm. (a) Calcule sua capacitância. (b) Qual deve ser 
a área de cada placa de um capacitor de placas planas e 
paralelas com a mesma separação entre as placas e a mesma 
capacitância? (40,0 pF; 181 cm2) 
5) Qual a capacitância necessária para armazenar uma 
energia de 10,0 kW·h com uma diferença de potencial de 1,00 
kV? (72,0 F) 
6) Um capacitor de placas paralelas, com o espaço entre as 
placas preenchido por ar, tendo uma área de 40,0 cm2 e um 
espaçamento entre placas de 1,00 mm, é carregado a uma ddp 
de 600 V. Determine (a) a capacitância, (b) a carga do 
capacitor, (c) a energia armazenada, (d) o campo elétrico 
entre as placas e (e) a densidade de energia entre as placas. 
(35,4 pF; 21,2 nC; 6,37 J; 600 kV/m; 1,59 J/m3) 
7) Calcule a energia armazenada em um metro cúbico de ar, 
devido ao campo elétrico "de bom tempo" com intensidade 
igual a 150 V/m. (99,6 nJ) 
8) Um capacitor de placas paralelas, com ar entre elas, 
possui uma capacitância de 50 pF. (a) Se cada uma de suas 
placas tiver uma área de 0,40 m2, qual a separação entre elas? 
(b) Se a região entre as placas for agora preenchida com um 
material cuja constante dielétrica é 5,6, qual será a nova 
capacitância? (7,1 cm; 280 pF) 
9) Dado um capacitor de 7,4 pF, com ar entre as placas, 
quer-se convertê-lo em um capacitor que possa armazenar 
7,4 J sob uma diferença de potencial de 652 V. Que 
dielétrico deve ser usado para preencher o espaço entre as 
placas do capacitor? Dica: consulte uma tabela com valores de 
constantes dielétricas. (Pirex) 
10) Um capacitor de placas paralelas, com ar entre as placas, 
possui uma capacitância de 1,3 pF. A separação entre as placas 
é duplicada e introduz-se cera entre elas. A nova capacitância 
é igual a 2,6 pF. Determine a constante dielétrica da cera. 
(4,0) 
11) Um certo capacitor de placas paralelas contém um 
dielétrico cuja constante é 5,5. A área das placas é 340 cm2 
e a distância entre as placas é 2,00 mm. O capacitor ficará 
inutilizado se o campo elétrico entre as placas exceder 
200 kV/m. Qual é a máxima energia que pode ser armazenada 
nesse capacitor? (66,2 J) 
12) Um cabo coaxial usado em uma linha de transmissão possui 
um raio interno de 0,10 mm e um raio externo de 0,60 mm. 
Calcule a capacitância por metro de cabo. Suponha que o 
espaço entre os condutores é preenchido com poliestireno 
(k = 2,6). Dica: o cabo é um capacitor cilíndrico! (81 pF/m) 
13) Pede-se que se construa um capacitor com uma 
capacitância próxima de 1 nF e um potencial de ruptura acima 
de 10 kV. Pensa-se em usar os lados de um copo alto de pirex 
como um dielétrico, revestindo as superfícies curvas internas 
e externas com papel alumínio para que atuem como as placas. 
O copo tem 15 cm de altura com um raio interno de 3,6 cm e 
um raio externo de 3,8 cm. Quais (a) a capacitância e (b) o 
potencial de ruptura deste capacitor? Dica: Trata-se de um 
capacitor cilíndrico. (725 pF; 28 kV) 
14) Um capacitor de placas planas e paralelas, de área A e 
separação d, pode ser preenchido com dois dielétricos, de 
constantes k1 e k2, como se vê nas figuras abaixo. Mostre que 
a capacitância de cada capacitor é C = kεoA/d, com: (a) 
k = (k1  k2)/2, no caso (a); (b) k = 2k1k2/(k1  k2), no caso (b). 
Dica: Os capacitores estão em paralelo e em série. 
 
15) Na associação da figura, 
considere C1 = 10,0 F, C2 = 5,0 F, 
C3 = 4,0 F e V  100 V. Determine a 
capacitância dessa combinação e 
também: (a) a carga, (b) a ddp e (c) 
a energia armazenada em cada 
capacitor. (7,33 F; 333, 333 e 400 C; 33,3, 66,6 e 100 V; 5,56, 11,1 e 
20,0 mJ) 
16) Na associação da figura, considere C1 = 10,0 F, 
C2 = 5,00 F, C3 = 4,00 F e 
V = 100 V. Determine a 
capacitância equivalente dessa 
associação e também: (a) a carga, 
(b) a ddp e (c) a energia 
armazenada em cada capacitor. 
Suponha que a rigidez do 
dielétrico do capacitor 3 sofra uma ruptura, tornando-o 
equivalente a um fio condutor. Que mudanças ocorrem (d) na 
carga e (e) na ddp do capacitor 1? (3,16 F; 211, 105 e 316 C; 21,1, 
21,1 e 78,9 V; 2,2, 1,1 e 12,5 mJ) 
 
 
1ª Lista Exercícios 
Física II (Capítulo 25) 
Fonte: Fundamentos da Física – David Halliday, Robert Resnick, 
Jearl Walker. (vol. 3 – 9a. ed.) 
Profª Thaiana Cordeiro