Checkpoint 5.6.1
Um capacitor de placas paralelas de
com um espaçamento de placas de
é carregado até o limiar de ruptura. (a) Se o campo elétrico no ar entre as placas do capacitor é de
, quanta energia é armazenada no capacitor? Expresse sua resposta em joules. (b) Quão alto você deve levantar este livro (
) para aumentar a energia potencial gravitacional do sistema Terra-livro pela mesma quantidade?
Passo 1
O enunciado descreve um capacitor de placas paralelas com capacitância
e distância entre placas
. O capacitor é carregado até que o campo elétrico atinja
. Na parte (a) queremos a energia elétrica armazenada, usando a relação entre campo e tensão e a fórmula da energia em capacitor. Na parte (b) queremos a altura
para elevar um livro de massa
ganhando a mesma energia em potencial gravitacional.
Passo 2
Calcular a tensão máxima
entre as placas usando
Substituindo
e
, temos
Passo 3
Calcular a energia armazenada
no capacitor pela fórmula
Usando
e
,
Passo 4
Determinar a altura
tal que a energia potencial gravitacional
seja igual a
. Assim,
Com
,
e
,
Resposta
(a)
(b)
(b)