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Problemas e questões de física sobre eletricidade e magnetismo, Notas de estudo de Energia

Este documento contém vários problemas e questões relacionados à física de eletricidade e magnetismo, incluindo cálculos de campo elétrico, potencial elétrico, trabalho realizado por forças elétricas, e interações entre cargas e condutores. Além disso, aborda temas como a inclinação magnética e as linhas de força do campo magnético.

Tipologia: Notas de estudo

2022

Compartilhado em 07/11/2022

Florentino88
Florentino88 🇧🇷

4.7

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LISTA DE EXERCÍCIOS
PROFESSOR: LUIZ FELIPE
Aluno (a): _______________________________________ ___________________________________________________ _________________ 3ª SÉRIE
1. (Ufpr 2018) Numa experiência feita para investigar relações entre grandezas eletrostáticas, duas placas condutoras
paralelas
A
e
B,
separadas por uma distância
d 5 cm,=
foram submetidas a uma diferença de potencial
U 100 V,=
sendo
que a placa que tem o potencial elétrico mais alto é a
B.
Por hipótese, como as dimensões das placas são muito maiores
que a distância que as separa, o campo elétrico que se estabeleceu entre elas pode ser considerado, para todos os efeitos,
como sendo uniforme.
a) Determine o módulo do campo elétrico existente na região entre as placas.
b) Uma partícula com carga
q 3, 2 Cμ
=
sai da placa
B
e chega à placa
A.
Qual o trabalho realizado pela força elétrica
sobre essa partícula durante esse movimento?
TEXTO PARA AS PRÓXIMAS 2 QUESTÕES:
SE NECESSÁRIO, UTILIZE OS VALORES FORNECIDOS ABAIXO:
aceleração da gravidade
2
10 m s=
constante eletrostática
2. (Uepg 2018) Uma esfera metálica inicialmente descarregada, de
10 cm
de raio, é colocada em contato com outra
esfera metálica (de mesmo material) de
5 cm
de raio, inicialmente carregada com uma carga
2 C.μ
Sobre o assunto,
assinale o que for correto.
01) Após a separação, cada esfera possuirá uma carga de
1 C.μ
02) O excesso de carga elétrica, ou seja, a carga "líquida", é distribuído na superfície das esferas.
04) O valor do potencial elétrico para qualquer ponto situado numa esfera metálica, após alcançado o equilíbrio, não varia
em função da distância ao seu centro.
08) O valor do campo elétrico para qualquer ponto situado no interior de uma esfera metálica, após alcançado o equilíbrio,
é nulo.
16) Após a separação, a força elétrica que uma esfera exerce na outra é igual em módulo.
3. (Uepg 2018) Uma carga elétrica puntiforme de
6
2 10 C,
×
no vácuo, situa-se na origem de um sistema de referencial
inercial. Uma carga teste de
6
3 10 C
−×
é utilizada para estudar as propriedades elétricas da região próxima à primeira
carga. Considerando um ponto
A
situado a
20 cm
da origem e um ponto
B
situado a
10 cm
da origem, assinale o que
for correto.
01) O campo elétrico no ponto
A
é
5
4,5 1 0 N C .×
02) O potencial elétrico no ponto
B
é
180 kV.
04) O trabalho realizado pela força elétrica na carga teste depende do caminho percorrido entre os pontos
A
e
B.
08) Se a carga teste é largada a partir do repouso quando ela se encontra no ponto
A,
a variação da sua energia cinética
quando ela se encontra no ponto
B
é
0, 5 4 J.
16) Se a carga teste é mantida em repouso no ponto
A,
o módulo da força entre as duas cargas é
1, 3 5 N.
4. (Uem 2017) Seja
ABD
um triângulo equilátero, cujo lado mede
24 c m.
Suponha que, em
B,
exista uma carga elétrica
puntiforme
6
1
Q 8, 0 10 C;
= ×
em
D,
outra carga elétrica puntiforme
6
2
Q 8, 0 10 C,
=−×
e que todo o sistema esteja situado no vácuo. Seja
M
um ponto no segmento
BD
e que diste
8 cm
de
D.
Considere que a constante de proporcionalidade, no sis tema internacional, é
2
9
02
Nm
k 9,0 10
C
= ×
e que o potencial
elétrico é nulo, se observado infinitamente distante.
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LISTA DE EXERCÍCIOS

PROFESSOR: LUIZ FELIPE

Aluno (a): ___________________________________________________________________________________________________________ 3ª SÉRIE

1. (Ufpr 2018) Numa experiência feita para investigar relações entre grandezas eletrostáticas, duas placas condutoras

paralelas A e B, separadas por uma distância d = 5 cm,foram submetidas a uma diferença de potencial U = 100 V,sendo

que a placa que tem o potencial elétrico mais alto é a B. Por hipótese, como as dimensões das placas são muito maiores

que a distância que as separa, o campo elétrico que se estabeleceu entre elas pode ser considerado, para todos os efeitos,

como sendo uniforme.

a) Determine o módulo do campo elétrico existente na região entre as placas.

b) Uma partícula com carga q = 3,2 μCsai da placa B e chega à placa A. Qual o trabalho realizado pela força elétrica

sobre essa partícula durante esse movimento?

TEXTO PARA AS PRÓXIMAS 2 QUESTÕES:

SE NECESSÁRIO, UTILIZE OS VALORES FORNECIDOS ABAIXO:

aceleração da gravidade

2 =10 m s

constante eletrostática

9 2 2 (k 0 ) = 9 × 10 N m⋅ C

2. (Uepg 2018) Uma esfera metálica inicialmente descarregada, de 10 cm de raio, é colocada em contato com outra

esfera metálica (de mesmo material) de 5 cm de raio, inicialmente carregada com uma carga 2 μC. Sobre o assunto,

assinale o que for correto.

01) Após a separação, cada esfera possuirá uma carga de 1 μC.

02) O excesso de carga elétrica, ou seja, a carga "líquida", é distribuído na superfície das esferas.

04) O valor do potencial elétrico para qualquer ponto situado numa esfera metálica, após alcançado o equilíbrio, não varia

em função da distância ao seu centro.

08) O valor do campo elétrico para qualquer ponto situado no interior de uma esfera metálica, após alcançado o equilíbrio,

é nulo.

16) Após a separação, a força elétrica que uma esfera exerce na outra é igual em módulo.

3. (Uepg 2018) Uma carga elétrica puntiforme de

6 2 10 C,

× no vácuo, situa-se na origem de um sistema de referencial

inercial. Uma carga teste de

6 3 10 C

− × é utilizada para estudar as propriedades elétricas da região próxima à primeira

carga. Considerando um ponto A situado a 20 cm da origem e um ponto B situado a 10 cm da origem, assinale o que

for correto.

01) O campo elétrico no ponto A é

5 4,5 × 10 N C.

02) O potencial elétrico no ponto B é 180 kV.

04) O trabalho realizado pela força elétrica na carga teste depende do caminho percorrido entre os pontos A e B.

08) Se a carga teste é largada a partir do repouso quando ela se encontra no ponto A, a variação da sua energia cinética

quando ela se encontra no ponto B é 0,54 J.

16) Se a carga teste é mantida em repouso no ponto A, o módulo da força entre as duas cargas é 1,35 N.

4. (Uem 2017) Seja ABD um triângulo equilátero, cujo lado mede 24 cm. Suponha que, em B, exista uma carga elétrica

puntiforme

6 Q 1 8,0 10 C;

= × em D, outra carga elétrica puntiforme

6 Q 2 8,0 10 C,

= − × e que todo o sistema esteja situado no vácuo. Seja M um ponto no segmento BD e que diste 8 cm

de D. Considere que a constante de proporcionalidade, no sistema internacional, é

2 9 (^0 )

N m k 9,0 10 C

= × e que o potencial

elétrico é nulo, se observado infinitamente distante.

Em relação a esses dados, assinale o que for correto.

01) O potencial elétrico criado pelas duas cargas no ponto A é

4 7,0 × 10 V.

02) O potencial elétrico criado pelas cargas no ponto M é

5 −9,0 × 10 V.

04) O trabalho realizado, por um agente externo, sobre uma carga q, de

9 2,0 10 C,

× para levá-la de A até M, é

4 9,0 10 J.

− ×

08) Em módulo, o valor da força elétrica que Q 1 exerce sobre Q 2 é igual ao valor da força elétrica que Q 2 exerce sobre

Q. 1

16) Se o sistema estivesse mergulhado em água pura, a força elétrica que passaria a atuar em cada carga seria maior que

a força elétrica no vácuo.

5. (Uepg 2016) Na região dentro de um capacitor de placas paralelas, para o qual desprezam-se os efeitos de borda, atua

um campo elétrico uniforme. Uma carga de prova (q) movimenta-se sob a ação deste campo. Considerando que o meio

é o vácuo, e que as placas têm potenciais elétricos iguais em módulo, assinale o que for correto.

01) O trabalho da força elétrica ao deslocar a carga de prova do ponto P para o ponto Q é nulo, porém para deslocá-la

de P para R, não o é.

02) As linhas de força são perpendiculares às superfícies equipotenciais em cada ponto do campo elétrico E.

04) Se entre as placas do capacitor for introduzido um dielétrico com constante dielétrica maior que a do vácuo, sua

capacitância aumentará, bem como o valor do campo elétrico entre as placas.

08) Se a carga de prova (q) for negativa, ela irá se movimentar espontaneamente da placa A para a placa B.

16) Durante o movimento da carga de prova (q) ocorre transformação de energia potencial em energia cinética.

6. (Uerj 2016) O esquema abaixo representa um campo elétrico uniforme E,

no qual as linhas verticais correspondem às

superfícies equipotenciais. Uma carga elétrica puntiforme, de intensidade 400 μC, colocada no ponto A, passa pelo ponto

B após algum tempo.

Determine, em joules, o trabalho realizado pela força elétrica para deslocar essa carga entre os pontos A e B.

7. (Ufrgs 2012) Considere que U é a energia potencial elétrica de duas partículas com cargas +2Q e -2Q fixas a uma

distância R uma da outra. Uma nova partícula de carga +Q é agregada a este sistema entre as duas partículas iniciais,

conforme representado na figura a seguir.

Supondo que nenhuma carga elétrica se acumule no fio condutor, determine a carga elétrica final em cada uma das

esferas.

10. (Unesp 2019) A configuração do campo magnético terrestre causa um efeito chamado inclinação magnética. Devido

a esse fato, a agulha magnética de uma bússola próxima à superfície terrestre, se estiver livre, não se mantém na

horizontal, mas geralmente inclinada em relação à horizontal (ângulo α, na figura 2). A inclinação magnética é mais

acentuada em regiões de maiores latitudes. Assim, no equador terrestre a inclinação magnética fica em torno de 0 ,° nos

polos magnéticos é de 90 ,° em São Paulo é de cerca de 20 ,° com o polo norte da bússola apontado para cima, e em

Londres é de cerca de 70 ,° com o polo norte da bússola apontado para baixo.

Esse efeito deve-se ao fato de a agulha magnética da bússola alinhar-se sempre na direção

a) perpendicular às linhas de indução do campo magnético da Terra e ao fato de o polo norte magnético terrestre estar

próximo ao polo sul geográfico da Terra.

b) tangente à Linha do Equador e ao fato de o eixo de rotação da Terra coincidir com o eixo magnético que atravessa a

Terra.

c) tangente às linhas de indução do campo magnético da Terra e ao fato de o polo norte magnético terrestre estar próximo

ao polo norte geográfico da Terra.

d) tangente às linhas de indução do campo magnético da Terra e ao fato de o polo norte magnético terrestre estar próximo

ao polo sul geográfico da Terra.

e) paralela ao eixo magnético terrestre e ao fato de o polo sul magnético terrestre estar próximo ao polo norte geográfico

da Terra.

11. (Unesp 2016) Um ímã em forma de barra, com seus polos Norte e Sul, é colocado sob uma superfície coberta com

partículas de limalha de ferro, fazendo com que elas se alinhem segundo seu campo magnético. Se quatro pequenas

bússolas, 1, 2, 3 e 4, forem colocadas em repouso nas posições indicadas na figura, no mesmo plano que contém a limalha,

suas agulhas magnéticas orientam-se segundo as linhas do campo magnético criado pelo ímã.

Desconsiderando o campo magnético terrestre e considerando que a agulha magnética de cada bússola seja representada

por uma seta que se orienta na mesma direção e no mesmo sentido do vetor campo magnético associado ao ponto em

que ela foi colocada, assinale a alternativa que indica, correta e respectivamente, as configurações das agulhas das

bússolas 1, 2, 3 e 4 na situação descrita.

a)

b)

c)

d)

e)

12. (Ifsp 2013) Um professor de Física mostra aos seus alunos 3 barras de metal AB, CD e EF que podem ou não estar

magnetizadas. Com elas faz três experiências que consistem em aproximá-las e observar o efeito de atração e/ou

repulsão, registrando-o na tabela a seguir.

Após o experimento e admitindo que cada letra pode corresponder a um único polo magnético, seus alunos concluíram

que

a) somente a barra CD é ímã.

b) somente as barras CD e EF são ímãs.

c) somente as barras AB e EF são ímãs.

d) somente as barras AB e CD são ímãs.

e) AB, CD e EF são ímãs.

( )

A B c c(B)

2 9 6 6 c(B) (^0 ) B A

c(B)

E E

1 1 N m 1 1 E k Q q 9 10 2 10 C 3 10 C d d (^) C 0,2 m 0,1m

E 0,27 J

τ (^) → Δ

− −

[16] Verdadeira. A intensidade da força para manter as cargas paradas nas posições indicadas é dada pela lei de Coulomb:

( )

6 6 2 9 e 0 2 e 2 2 A^1

e

2 10 C 3 10 C

Q q N m F k F 9 10 d C 2 10 m

F 1,35 N

− −

Resposta da questão 4:

[01] Falsa. O potencial em A será dado por:

( )

( )

1 2 A B D 1 2

9 6 6 A

A

kQ kQ k V V V Q Q d d d

V 8 10 8 10

V 0 V

− −

[02] Falsa. No ponto M, teremos:

1 2 1 2 M B D 1 2 1 2

6 6 6 9 9 M

5 M

kQ kQ Q Q V V V k d d d d

V 9 10 9 10

V 4,5 10 V

− − −

[04] Verdadeira. O trabalho pedido será:

( ) (^) ( )

9 5 A M

4

q V V 2 10 0 4,5 10

9 10 J

τ

τ

[08] Verdadeira. Pela 3ª lei de Newton (lei da ação e reação), os módulos das forças devem ser iguais.

[16] Falsa. A constante eletrostática no vácuo também pode ser escrita como:

0 0

k 4 πε

Onde ε 0 é a permissividade elétrica no vácuo.

Para a água, teríamos εa > ε 0 ⇒ k a < k , 0 resultando numa menor força elétrica entre as cargas.

Resposta da questão 5:

[01] Falso. Houve uma inversão ao descrever os trabalhos, já que o trabalho para transportar a carga ao longo de uma

equipotencial é que é nulo. Logo: τPR = 0 e τPQ ≠0.

[02] Verdadeiro. As linhas de força são sempre perpendiculares às superfícies equipotenciais.

[04] Falso. A introdução de um dielétrico entre as placas do capacitor causa um aumento apenas no valor da capacitância,

e não no campo elétrico.

[08] Falso. Se a carga de prova for negativa, ela tenderá a se movimentar para a placa de maior potencial, ou seja, da placa

B para a placa A.

[16] Verdadeiro. A carga executa um movimento acelerado, com a sua energia potencial sendo transformada em cinética.

Resposta da questão 6:

O trabalho realizado pela força elétrica para deslocar a carga entre os pontos A e B é dada pelo produto entre módulo

da carga elétrica e a diferença entre os potencias elétricos dos dois pontos. Desta forma, pode-se escrever:

( )

( ) (^ )

A B 1 2

6 A B

3 A B

q V V

32 10 J

τ

τ

τ

− →

− →

Resposta da questão 7:

[D]

A energia potencial elétrica inicial é:

( )( ) k 2 Q 2 Q 2 k Q U U 4. R R

Para o novo sistema, a energia potencial elétrica é U’:

( )( ) ( )( ) ( )( )

( )( ) ( )( ) ( )( )

2

k 2 Q 2 Q k 2 Q Q k 2 Q Q U' + R R / 2 R / 2

k Q Q k Q Q k Q Q U' 4 + 4 4 R R R

k Q U' 4. R

Portanto, U’ = U.

Resposta da questão 8:

[C]

Usando o conceito de ddp e o teorema do trabalho-energia cinética, temos:

2

12 C2 C!^2 1 2 12 12 12

mv W E E 2 1 1 V V V qV mv qV mv q q q 2 2

19 4 27

v 8,0 10 m / s 1,6 10

× × ×

= = ×

×

Resposta da questão 9:

Após o contato, as esferas terão o mesmo potencial elétrico.

1 2 1 1 1 2 2 1 1 2 2 2

kQ kQ Q R (^5 ) V V Q 2Q R R Q R 10 2

A carga total não muda, portanto: Q 1 + Q 2 = 3 (02)

Substituindo 01 em 02, vem:

1 1 1 1 2

Q 1 C

Q 2Q 3 3Q 3

Q 2 C

μ

μ

Resposta da questão 10:

[D]