Questões de Concurso sobre Campo elétrico

Em 1897, o físico britânico J. J. Thomson investigava os “raios catódicos”, raios emitidos quando uma grande diferença de potencial é aplicada entre dois eletrodos, em um tubo de vidro sob vácuo.

Em seu famoso experimento, Thomson observou que os raios catódicos eram desviados em direção à placa carregada positivamente de um campo elétrico. Essa observação permitiu a ele concluir que os raios catódicos

Considere distribuições de carga elétrica no vácuo, em regime eletrostático. A Lei de Gauss relaciona o fluxo po campo elétrico, através de uma superfície fechada (superfície gaussiana), com a carga elétrica total nela contida. Sendo assim, coloque F (falso) ou V (verdadeiro) nas afirmativas abaixo, em relação à aplicação da Lei de Gauss, assinalando a seguir a opção correta.

( ) A Lei de Gauss permite calcular diretamente o campo elétrico sempre que for possível escolher uma superfície gaussiana sobre a qual o campo possua módulo constante, independentemente da orientação do campo em relação à superfície.

( ) Considerando uma esfera isolante carregada, о campo elétrico em um ponto externo à esfera depende apenas da carga total nela contida, sendo independente da maneira como essa carga se distribui no seu interior.

( ) Em um sistema com simetria cilíndrica infinita, caracterizada por invariância por rotações em torno de um eixo e por translações ao longo desse eixo, о campo elétrico é perpendicular ao eixo de simetria e possui módulo constante e direção uniforme sobre superfícies cilíndricas coaxiais.

( ) A Lei de Gauss pode ser deduzida a partir da Lei de Coulomb e de certas considerações de simetria.

( ) Se uma partícula pontual de carga q for colocada no interior de um cubo, fora do centro, o fluxo do campo elétrico através de uma das faces do cubo não pode ser calculado usando diretamente a Lei de Gauss.

Examine a figura abaixo.

A figura acima representa uma tigela hemisférica descarregada de base circular aberta. Uma partícula pontual, portadora de carga elétrica positiva q, encontra-se situada exatamente no plano da base circular aberta, em uma posição fora do centro do círculo, mas ainda pertencente a esse plano. Considere ${\epsilon }_0$ a permissividade elétrica do vácuo, calcule o fluxo do campo elétrico $\overrightarrow{E}$ através da superfície curva que constitui a tigela e assinale a opção que apresenta o valor desse fluxo.

Examine a figura abaixo.

Considere que um feixe de partículas de cargas positivas entra na região de um seletor de velocidade se deslocando no sentido positivo do eixo longitudinal х, como mostrado na figura acima. O campo elétrico nessa região é produzido por duas placas planas, paralelas e carregadas uniformemente com cargas opostas e vale $\overrightarrow{E}=E_z\overrightarrow{\mathbf{k}}=-10\overrightarrow{\mathbf{k}}\text{V/m}.$ Já o campo magnético, também uniforme na região, é dado por $\overrightarrow{B}=B_y\overrightarrow{\mathbf{j}}=2\overrightarrow{\mathbf{j}}\text{T}.$ Independente da carga elétrica, apenas partículas com velocidade escalar aproximada v não sofrem deflexão da trajetória e atingem a saída do seletor. Sendo assim, a velocidade v, em m/s, é:

Em uma impressora de jato de tinta que funciona conforme a descrição do texto 6A2-II, uma gotícula de tinta de massa m = 6,0×10⁻¹⁰ kg e carga elétrica q = 1,6×10⁻¹² C é lançada horizontalmente com velocidade de 20 m/s entre as placas, que têm um comprimento de 2,0 cm. O campo elétrico produzido na região interna às placas é uniforme e de intensidade 1,6×10⁶ N/C.

Nessa situação, a deflexão vertical sofrida pela gotícula ao atravessar a região de campo elétrico entre as placas será de aproximadamente

No contexto de engenharia de comunicações, especificamente na calibração de sistemas radiantes para unidades de infantaria blindada, um especialista depara-se com uma unidade de medida composta, denominada hipoteticamente de α. Essa unidade é definida pela combinação de unidades fundamentais e derivadas conforme a expressão a seguir.

α = N . m . C^-1 . A . s

Considerando-se que as unidades apresentadas na expressão pertencem ao Sistema Internacional de Unidades (SI) e tomando-se por base a análise dimensional e as relações entre as unidades do SI, conclui-se que a grandeza física que possui a como sua unidade de medida é a

Uma fina barra cilíndrica infinita está uniformemente carregada e produz um campo elétrico de intensidade igual a 5×10⁴ N/C a uma distância de 2 m.

Com base nessas informações e sabendo que $\epsilon$₀ = 8,9×10⁻¹² C² ·N⁻¹·m⁻² e $\pi$ = 3, assinale a opção em que é corretamente apresentada a densidade linear de carga dessa barra.

Examine a figura abaixo.

Considere que a caneta plástica mostrada na figura acima, carregada negativamente, exerce uma força sobre о bastão colocado nas suas proximidades. NÃO é correto afirmar que, no volume interno do bastão, o campo elétrico resultante é:

O comércio de brinquedos para pets vem crescendo, especialmente no segmento felino, já que muitos gatos continuam brincalhões mesmo após a fase adulta. A exemplo, tem-se o brinquedo da imagem a seguir.

Esses produtos ajudam a estimular o instinto natural de caça, mantendo os animais ativos e mentalmente saudáveis. Entre as opções mais populares, destacam-se os brinquedos com emissores de luz, que proporcionam entretenimento dinâmico e seguro para gatos de todas as idades. No entanto, se a intensidade luminosa ultrapassar a ordem de grandeza de 106 W/m², ela já é considerada intensidade elevada, capaz de causar danos à retina em exposição direta.

Considerando um brinquedo para gatos que utiliza um emissor de laser vermelho, cujo valor da amplitude de campo elétrico da onda seja 1,0 × 10³ V/m, a permissividade elétrica do vácuo 8,85 × 10^-12 C² N^-1m^-2 e a velocidade da luz no vácuo 3,0 × 10⁸ m/s, é correto afirmar que a ordem de grandeza estimada da intensidade luminosa, em unidades de W/m², é

Em um experimento de calibração de sensores de precisão em um laboratório de instrumentação, um pesquisador posiciona duas partículas carregadas, Q₁ e Q₂, fixas em um plano horizontal isolante, conforme um sistema de coordenadas cartesianas. A partícula Q₁, com carga elétrica de +5,00 μC, é fixada no ponto (3,00; 0) metros, enquanto a partícula Q₂, com carga elétrica de -12,0 μC, é fixada no ponto (-3,00; 0) metros.

Considerando-se um ponto P localizado na posição (0;3,00) metros, o módulo do vetor campo elétrico resultante, gerado pelas duas cargas no ponto P, é, em kV/m,

Dado

constante eletrostática do meio k = 9,0 × 10⁹ N.m² / C²

Em uma impressora de jato de tinta cujo funcionamento ocorre conforme a descrição do texto 6A2-II, uma gotícula de massa m, carregada negativamente com carga q, é lançada horizontalmente com velocidade $\overrightarrow{v}$ entre as placas defletoras, espaço no qual existe um campo elétrico uniforme vertical dirigido para baixo, conforme mostra a figura a seguir.

Considerando essa situação hipotética e que a massa da gotícula seja desprezível no que concerne a efeitos gravitacionais, assinale a opção que corretamente representa a trajetória da gotícula na região de campo elétrico.

O campo elétrico no eixo de um disco uniformemente carregado com densidade superficial σ, em um ponto muito próximo ao centro do disco, sendo z<<R, onde R é o raio, aproxima-se do campo de um plano infinito, cujo valor é:

A figura a seguir exibe uma carga elétrica puntual e positiva (q) no centro de uma superfície Gaussiana esférica de raio r. Vetores indicam o campo elétrico e um elemento de área na superfície.

Informe se é verdadeiro (V) ou falso (F) o que se afirma sobre as propriedades do campo elétrico e do fluxo através desta superfície Gaussiana.

( ) O módulo do campo elétrico é constante em todos os pontos da superfície Gaussiana, e a direção de é, em cada ponto, paralela à direção do vetor elemento de área .

( ) A integral de superfície que define o fluxo elétrico pode ser simplificada para Φ_E = EA, onde A é a área total da superfície.

( ) O fluxo elétrico total Φ_E através da superfície Gaussiana é inversamente proporcional à magnitude da carga q contida no interior da superfície.

( ) Se a carga q fosse movida para uma posição fora da superfície Gaussiana, o fluxo elétrico Φ_E através da superfície seria necessariamente nulo.

( ) Se a superfície Gaussiana esférica fosse substituída por uma superfície cúbica que envolvesse a mesma carga q, o fluxo elétrico total através da superfície seria inalterado.

De acordo com as afirmações, a sequência correta é:

Duas placas metálicas planas, retangulares, de altura H = 20 cm e largura L = 10 cm, estão montadas verticalmente dentro de um tanque, paralelas entre si, separadas por uma distância fixa d = 1,0 cm. O tanque está totalmente preenchido por um fluido dielétrico (óleo mineral), com constante dielétrica relativa κ = 4,0 formando um capacitor.

Em seguida, o capacitor é conectado a uma fonte e carregado até atingir V₀ = 4,0 kV. Já desconectado da fonte, abre-se uma válvula no fundo do tanque para escoar o fluido e, à medida que o nível do fluido desce, o espaço acima do nível passa a ser ocupado por ar (κ ≈ 1,0).

Considerando a rigidez dielétrica do ar E_ar = 1,0 × 106 V/m e ε₀ = 8,85 × 10^-12 F/m, o valor que apresenta corretamente o nível de fluido, em centímetros, medido a partir da base do tanque onde ocorre a ruptura dielétrica, está indicado em

Um gerador síncrono de polos lisos de 20 MVA, 5kV, opera com um fator de potência de 0,707 e uma frequência de 60 Hz. A corrente de campo nominal é de 50 A e a reatância síncrona é de 2Ω . Mantendo a potência ativa nominal no eixo, a corrente de campo é aumentada para 60 A.

O módulo da força eletromotriz, após o aumento de corrente é de aproximadamente (considere: √2 ≈ 1,4 e √3 ≈ 1,7)

A figura a seguir mostra três partículas carregadas com cargas q₁=2Q, q₂=4Q e q₃=2Q, todas situadas a uma distância r da origem.

Qual das opções a seguir representa o campo elétrico total $\overrightarrow{E}$ produzido na origem pelas três partículas, considerando os vetores direcionais unitários i, j indicando as direções x e y, respectivamente?

Um capacitor é ligado a uma fonte variável de modo queo campo elétrico entre suas placas varia com o tempo segundo a expressão E(t) = 10 sen(t) (SI).

O campo magnético em um ponto distante R do centro do capacitor é dado por B= $\frac{R}{2y}.\frac{dE}{dt}$, em que γ = 1,0.

A intensidade máxima do campo magnético, em tesla, gerada em um ponto distante 1,0 m do centro do capacitor é igual a

Uma densidade de cargas não estacionária implicará, necessariamente, um campo elétrico estacionário em um ponto P fora da região que contém a carga Q.

No artigo intitulado “A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field”, de 1865, James Clerk Maxwell formulou inicialmente 20 equações para descrever os campos elétricos e magnéticos na natureza. Foram Oliver Heaviside e Heinrich Hertz que, duas décadas após a morte de Maxwell, as simplificaram em quatro, conhecidas hoje como: Lei de Gauss para eletricidade, Lei de Gauss para magnetismo, Lei de Faraday e Lei de Ampère-Maxwell. Essas equações relacionam os vetores campo elétrico e campo magnético e suas fontes, como cargas elétricas e correntes. Considerando as quatro equações de Maxwell, é possível demonstrar que campos elétricos $\overrightarrow{E}$($\overrightarrow{r}$,𝑡) e magnéticos $\overrightarrow{B}$($\overrightarrow{r}$,𝑡) dependentes do espaço e tempo, no espaço vazio, satisfazem equações de onda, cuja velocidade de propagação é dada por $1/\sqrt{{\mu }_0{\epsilon }_0}$ , onde 𝜀₀ e 𝜇₀ são a permissividade elétrica e a permeabilidade magnética do vácuo, respectivamente. Sobre esse conjunto de equações, assinale a alternativa INCORRETA.

Para que as duas cargas saiam da região de campo elétrico com a mesma velocidade, devem ser aceleradas por uma mesma diferença de potencial V₂ - V₁, uma vez que ambas possuem a mesma carga.