Uma carga pontual positiva e uma carga pontual negativa estão dentro de um capacitor de placas paralelas. As cargas pontuais interagem apenas com o capacitor, e não entre si. Deixe a placa negativa do capacitor ser o zero da energia potencial para ambas as cargas.
(e) Em que direção a carga positiva se moverá se for liberada do repouso? Use o conceito de energia para explique sua resposta.
(e) Em que direção a carga positiva se moverá se for liberada do repouso? Use o conceito de energia para explique sua resposta.
Passo 1
Beleza, vamos entender o que o problema está pedindo. Temos um capacitor de placas paralelas com uma carga positiva e uma carga negativa dentro dele. Essas cargas só interagem com o capacitor, não entre si. A gente quer saber para qual direção a carga positiva vai se mover quando for liberada do repouso, usando o conceito de energia. Para resolver isso, vamos lembrar como a energia potencial funciona em campos elétricos e a interação entre cargas e o capacitor.
Passo 2
Primeiro, vamos pensar no campo elétrico dentro do capacitor. Como é um capacitor de placas paralelas, o campo elétrico é uniforme e aponta do positivo para o negativo. A energia potencial elétrica de uma carga em um campo é dada por $ U = qV $, onde $ q $ é a carga e $ V $ é a diferença de potencial.
Passo 3
Como a placa negativa está definida como zero de energia potencial, a placa positiva terá uma energia potencial maior. Para a carga positiva dentro desse campo, a energia potencial depende de sua posição entre as placas. Se a carga se mover para uma região de menor potencial, sua energia potencial diminui, o que é mais estável energeticamente.
Passo 4
Considerando que a carga positiva tende a mover-se em direção a onde sua energia potencial diminui, ela vai se mover na direção do campo elétrico, ou seja, da placa positiva para a placa negativa. Isso acontece porque, nesse movimento, a carga positiva libera energia, diminuindo sua energia potencial total no sistema.
Resposta
A carga positiva vai se mover na direção da placa negativa do capacitor quando for liberada do repouso, pois isso reduz sua energia potencial no campo elétrico.