Lista de Exercícios Resolvidos de Condutores e Isolantes

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Na Figura abaixo, temos uma esfera metálica, inicialmente neutra, conectada por um fio de náilon a um suporte. Em seguida, um bastão de plástico carregado negativamente é aproximado dessa esfera e conectado a ela por meio de um fio de cobre, sendo que este é mantido na direção horizontal com o auxílio de um outro fio de náilon, como mostra a Figura. A seguir, o fio de cobre é afastado para longe da esfera e do bastão. Sobre essa situação, são feitas as seguintes perguntas.

  1. Com o bastão negativo ainda perto da esfera metálica, a força entre a esfera e o bastão é de atração, repulsão ou não existe força entre eles? Explique.
  2. Se agora aproximamos um outro bastão, mas com carga positiva, como é a força entre a esfera e esse novo bastão?

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Uma esfera maciça de raio R , composta por um certo material tem uma distribuição de cargas cuja função de densidade é à seguir:

ρ r = r 2 ,     r < R

Onde r é a distância do centro da esfera até um ponto arbitrário.

Isto significa que as cargas estão distribuídas por todo seu volume, e que existem mais cargas próximas da superfície do que do centro.

Dado que a esfera está em equilíbrio eletrostático, determine se o material é isolante, condutor ou não importa.

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Um determinado material possui, no equilíbrio eletrostático, uma distribuição de cargas uniformemente simétricas, porém não uniformes, possui uma densidade ρ ( r ) dada por:

ρ r = ρ 0 1 - r R ,     p a r a   r < R

e

ρ r = 0 ,     p a r a   r ≥ R  

em que ρ 0 = 3 Q / ( π R 3 ) é uma constante positiva. Dada essa distribuição, o material em questão seria condutor ou um isolante?

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Duas esferas metálicas, A e B, de raios R e 3R, respectivamente, são postas em contato. Inicialmente A possui carga elétrica positiva + 2 Q e B carga - Q . Após atingir o equilíbrio eletrostático, as novas cargas de A e B passam a ser, respectivamente:

( a )   Q 2       Q 2      

( b )   3 Q 4       Q 4    

( c )   3 Q 2       Q 2    

( d )   Q 4       3 Q 4    

( e )   4 Q 3       - Q 3    

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Temos um condutor oco, com carga Q, em equilíbrio eletrostático, conforme mostra a figura.

Com uma pequena esfera condutora, também de carga Q, considere as quatro seguintes situações:

(I) a esfera é colocada dentro da cavidade oca, sem tocar a superfície interna S i .

(II) a esfera é colocada dentro da cavidade, em contato com a superfície interna S i .

(III) a esfera é colocada em contato com a superfície externa S e do condutor oco.

(IV) a esfera é colocada na vizinhança (externa) do condutor oco, sem tocar nele.

Após atingido o equilíbrio eletrostático e referindo-se às cargas nas superfície interna e

externa do condutor oco como Q i e Q e , respectivamente, qual das alternativas corresponde

às quatro situações descritas anteriormente?

(a) I: Q i =   - Q   Q e = 2 Q

II:   Q i =   2 Q   Q e = 0

III: Q i =   0   Q e = 2 Q

IV:   Q i =   2 Q   Q e = - Q

(b) I: Q i =   0   Q e = Q

II:   Q i = Q   Q e = Q

III: Q i =   Q   Q e = Q

IV:   Q i =   0   Q e = Q

(c) I: Q i =   - Q   Q e = 2 Q

II:   Q i =   0   Q e = 2 Q

III: Q i =   0   Q e = 2 Q

IV:   Q i =   0 Q e = Q

(d) I: Q i =   Q   Q e = 0

II:   Q i = 0   Q e = 2 Q

III: Q i =   0   Q e = 2 Q

IV:   Q i =   Q   Q e = 0

(e) I: Q i =   - Q   Q e = 2 Q

II:   Q i = Q   Q e = Q

III: Q i =   0   Q e = 2 Q

IV:   Q i =   0   Q e = Q

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Identifique se a afirmação é verdadeira ou falsa:

( ) Metais, em geral, são condutores de eletricidade, uma vez que permitem que cargas se movam com facilidade.

( ) São exemplos de materiais isolantes: isopor, borracha, vidro e cobre.

( ) Isolantes produzem efeito contrário de condutores, dificultando a passagem de corrente elétrica.

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Uma esfera condutora maciça de raio a possui carga Q . Concêntrica a ela, existe uma casca esférica espessa condutora e descarregada, de raio interno b e raio externo c , onde c > b > a . Em certo instante, conectamos a esfera e a casca esférica por um fio condutor. Quando as cargas atingem o equilíbrio:

( a ) A superfície interna da esfera oca tem carga - Q e a esfera maciça tem carga + Q .

( b ) A superfície externa da esfera oca tem carga + Q e a esfera maciça tem carga + Q .

( c ) A superfície interna da esfera oca tem carga 0 e a esfera maciça tem carga + Q .

( d ) A superfície externa da esfera oca tem carga + Q e a esfera maciça tem carga 0 .

( e ) A superfície externa da esfera oca tem carga + Q e a esfera maciça tem carga - Q .

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Durante uma atividade no laboratório de física, um estudante, utilizando uma luva de material isolante, encostou uma esfera metálica A carregada com uma carga + 8   μ C , em outra esfera metálica B, idêntica e eletricamente neutra. Em seguida, encosta a esfera B em outra esfera C, também idêntica e eletricamente neutra. Podemos afirmar que a carga de cada uma das esferas medida pelo estudante ao final dos processos descritos foi:

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Na Grécia antiga, o filósofo Thales de Mileto verificou que uma quantidade de âmbar, quando atritado com outro material, atraia palhas e fragmentos de madeira. Atualmente, sabe-se que tal fenômeno é associado a partículas elementares, como prótons e elétrons. Estes possuem uma propriedade inerente que faz com que o fenômeno ocorra. Podemos afirmar que tal propriedade em questão é:

  1. Campo elétrico
  2. Carga magnética
  3. Densidades
  4. Linhas de corrente
  5. Carga elétrica

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Em um experimento de eletricidade, um estudante abriu uma torneira, deixando cair um filete de água verticalmente. Em seguida, aproximou um bastão de vidro carregado negativamente do filete e notou que o filete se curvou ao encontro do bastão. Podemos atribuir a seguinte justificativa a este fato:

  1. Houve uma atração gravitacional entre o bastão e o filete de agua
  2. O filete de agua possui uma carga negativa
  3. O bastão produz o acúmulo de carga líquida no filete de água
  4. Os momentos de dipolo das moléculas de agua se orientam no campo elétrico produzido pelo bastão
  5. O filete de agua possui uma carga líquida positiva

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O segmento da eletricidade que analisa fenômenos correlatos às cargas elétricas com partículas portadoras em repouso em relação a um referencial inicial denomina-se:

(a) Eletromagnetismo

(b) Eletrodinâmica

(c) Eletromacânica

(d) Eletrização

(e) Eletrostática

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Na figura abaixo, mantendo os corpos A e C fixos, o sentido do deslocamente do corpo B com carga positiva, quando solto na posição mostrada, é:

  1. Para a esquerda se A negativo e C positivo
  2. O corpo B permanecerá em equilíbrio em qualquer situação
  3. Para a direita se A negativo e C positivo
  4. Para a esquerda se A negativo e C negativo
  5. Para a direita se A negativo e C negativo

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Nos materiais isolantes as cargas elétricas não se deslocam livremente. Verdadeiro ou falso?

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Duas esferas maciças de mesmo raio têm a mesma carga total Q , a qual está uniformemente distribuída. Uma esfera é constituída de um material condutor, enquanto a outra de um isolante. Os campos elétricos na região externa às esferas são idênticos. Verdadeiro ou falso?

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Três esferas condutoras isoladas têm inicialmente cargas Q 1 = + q , Q 2 = + 5 q e Q 3 = - 2 q . As esferas são todas do mesmo tamanho. Um fio condutor liga então as esferas 1 e 2 durante um certo tempo, até as mesmas atingirem um novo equilíbrio eletrostático. O fio entre 1 e 2 é então removido, e depois um outro fio passa a conectar as esferas 2 e 3 . Após um novo equilíbrio eletrostáticos ser atingido nas esferas 2 e 3 , esse segundo fio é também removido. Ao final do processo, as cargas em cada uma das esferas condutoras isoladas é:

(a) Q 1 = + 2 q , Q 2 = + 2 q e Q 3 = 0 .

(b) Q 1 = + 3 q , Q 2 = + q e Q 3 = - q .

(c) Q 1 = + 4 q / 3 , Q 2 = + 4 q / 3 e Q 3 = + 4 q / 3 .

(d) Q 1 = + 3 q , Q 2 = + q / 2 e Q 3 = + q / 2 .

(e) Q 1 = + 2 q , Q 2 = + q e Q 3 = - q .

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Uma pequena esfera metálica carregada toca em uma esfera metálica isolada, muito maior, e inicialmente descarregada. Pode-se dizer que

  1. A esfera pequena perde a maior parte de sua carga
  2. A esfera pequena perde um pouco da sua carga
  3. A esfera pequena perde toda a sua carga
  4. A esfera pequena não perde carga

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Se um corpo encontra-se eletrizado positivamente, pode-se afirmar que ele possui:

  1. Falta de neutrôns
  2. Excesso de neutrôns
  3. Excesso de elétrons
  4. Falta de prótons
  5. Falta de elétrons

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A lei de Du Fay avalia a interação elétrica (repulsão e atração) entre duas cargas. Avalie a interação de duas cargas elétricas que possuem:

  1. Mesmo sinal
  2. Sinais opostos

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Uma esfera condutora com carga elétrica + Q é aproximada de outra esfera condutora neutra, sem encostar ou gerar descargas elétricas. Durante a aproximação, a esfera neutra

  1. Somente sofre indução eletrostática
  2. Eletriza-se com carga + Q
  3. Eletriza-se com carga - Q / 2
  4. Eletriza-se com carga - Q
  5. Eletriza-se com carga + Q / 2

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Em um experimento de física, um aluno dispunha de 4 esferas idênticas e condutoras (A, B, C e D) carregadas com cargas respectivamente iguais a -2Q, 4Q, 3Q e 6Q. O estudante então colocou a esfera A em contato com a esfera B e a seguir com as esferas C e D sucessivamente. Ao final do processo feito pelo aluno, podemos afirmar que a carga adquirida pela esfera A foi

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Três esferas condutoras idênticas I, II e III têm, respectivamente, as seguintes cargas elétricas: 4q, -2q e 3q. A esfera I é colocada em contato com a esfera II e, logo em seguida, é encostada na esfera III. Pode-se afirmar que a carga final da esfera I será:

  1. q
  2. 5q
  3. 2q
  4. 3q
  5. 4q

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Na figura a seguir, um bastão carregado positivamente é aproximado de uma pequena esfera metálica (M) que pende na extremidade de um fio de seda. Observa-se que a esfera se afasta do bastão. Nesta situação, pode-se afirmar que a esfera possui uma carga elétrica total

  1. Positiva ou nula
  2. Negativa ou nula
  3. Nula
  4. Positiva
  5. Negativa

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