FÍSICA - 2 o ANO MÓDULO 11 ELETROSTÁTICA: POTENCIAL, TRABALHO E ENERGIA

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1 FÍSICA - 2 o ANO MÓDULO 11 ELETROSTÁTICA: POTENCIAL, TRABALHO E ENERGIA

2 A B + d + q q

3 Q q P d

4 6.V 5.V V -V c 2.d3.d 4.d 5.d 6.d d 4.V 3.V 2.V Q>0-2.V -3.V -4.V Q<0 V -5.V d2.d 3.d4.d 5.d6 d d -6.V

5 Q 1 d 1 Q 2 d 2 P dn Q n

6 +

7 Como pode cair no enem (ENEM) As células possuem potencial de membrana, que pode ser classificado em repouso ou ação, e é uma estratégia eletrofisiológica interessante e simples do ponto de vista físico. Essa característica eletrofisiológica está presente na figura a seguir, que mostra um potencial de açãodisparado por uma célula que compõe as fibras de Purkinje, responsáveis por conduzir os impulsos elétricos para o tecido cardíaco, possibilitando assim a contração cardíaca. Observa-se que existem quatro fases envolvidas nesse potencial de ação, sendo denominadas fases 0, 1, 2 e 3. Potencial de membrana (mv) fase 0 fase 1 fase 2 fase 3 tempo O potencial de repouso dessa célula e -100 mv, e quando ocorre influxo de íons Na + e Ca 2+, a polaridade celular pode atingir valores de ate +10 mv, o que se denomina despolarização celular. A modificação no potencial de repouso pode disparar um potencial de ação quando a voltagem da membrana atinge o limiar de disparo que esta representado na figura pela linha pontilhada. Contudo, a célula não pode se manter despolarizada, pois isso acarretaria a morte celular. Assim, ocorre a repolarização celular, mecanismo que reverte a despolarização e retorna a célula ao potencial de repouso. Para tanto, há o efluxo celular de íons K +. Qual das fases, presentes na figura, indica o processo de despolarização e repolarização celular, respectivamente? a) Fases 0 e 2. b) Fases 0 e 3. c) Fases 1 e 2. d) Fases 2 e 0. e) Fases 3 e tempo (ms)

8 Fixação 1) Classifique as frases abaixo em verdadeiras ou falsas. I) Se F é o módulo da força eletrostática que atua sobre uma carga q colocada num certo ponto, o produto F. q representa a intensidade do campo elétrico nesse ponto; II) O vetor campo elétrico, em um ponto, tem sempre a mesma direção e o mesmo sentido da força que atua sobre uma carga positiva colocada nesse ponto; III) O potencial elétrico é uma grandeza vetorial, cuja intensidade obedece à lei do inverso do quadrado das distâncias; IV) O potencial elétrico é uma grandeza escalar, e corres-ponde à energia potencial elétrica adquirida por unidade de carga colocada num ponto de um campo elétrico.

9 Fixação 2) No campo elétrico de uma carga puntiforme Q tem-se um ponto P cujo potencial vale 300 V. Determine a energia potencial elétrica adquirida por uma carga puntiforme de 5μC ao ser colocada nesse ponto.

10 ixação ) Na figura abaixo, considere que a carga puntiforme Q seja positiva, esteja no vácuo e enha m dulo 16μC. Sabendo-se que a constante eletrostática do vácuo é N.m 2 /C 2, etermine: A 3 m Q 4 m ) os potenciais elétricos em A e em B; ) o trabalho realizado pela força elétrica sobre uma carga de 4 C ao ser deslocada de A para B. B

11 Fixação 4) Uma região isolada da ação de cargas elétricas recebe uma partícula eletrizada com carga de -2,0 nc. No campo elétrico dessa carga, a 20 cm dela, existe um ponto A. Determine: a) o valor do potencial no ponto A; b) a energia potencial adquirida por uma carga puntifor-me de + 3,0μC, quando colocada em A.

12 ixação ) Nos vértices A e B do triângulo equilátero representado ao lado, foram fixadas duas partículas letrizadas com cargas Q A = + 6,0μC e Q B = - 4,0μC: C 2,0 m 2,0 m Q A 2,0 m Considerando a constante eletrostática do meio igual a 1, Nm 2 C -2, determine: ) o potencial elétrico resultante no vértice C; ) a energia potencial elétrica armazenada no sistema; ) a energia potencial adquirida por uma carga de prova q = + 2,0μC, ao ser colocada no vértice C. Q B

13 Fixação 6) Quatro cargas elétricas, de módulos iguais, são colocadas nos vértices de um quadrado. -Q +Q A +Q -Q No centro do quadrado: a) o potencial e o campo elétrico são nulos; b) só potencial elétrico é nulo; c) só o campo elétrico é nulo; d) o potencial e o campo elétrico são diferentes de zero.

14 ixação ) Sobre um eixo x são colocadas duas cargas elétricas puntiformes Q 1 = +1μC e Q 2 = 3μC, espectivamente, nos pontos de abscissas x 1 = 4 cm e x 2 = 8 cm. Determine as abscissas dos ontos nos quais o potencial devido às cargas é nulo.

15 Fixação 8) Num ponto A distante 45 cm de uma carga elétrica puntiforme Q, o potencial assume o valor 5, V. Sabendo que o meio que envolve a carga é o vácuo, determine o valor de Q.

16 Fixação 9) (CESGRANRIO) Esta questão apresenta duas afirmações, podendo a segunda ser uma razão para a primeira. Marque: a) se as duas afirmações forem VERDADEIRAS e a segunda for uma justificativa da primeira; b) se as duas afirmações forem VERDADEIRAS e a segunda NÃO for uma justificativa da primeira; c) se a primeira afirmação for VERDADEIRA e a segunda afirmação for FALSA; d) se a primeira afirmação for FALSA e a segunda afirmação for VERDADEIRA; e) se a primeira e a segunda afirmações forem FALSAS. Duas cargas pontuais positivas são mantidas fixas a uma certa distância uma da outra. +q 1 M +q 2 O ponto M (ver figura) é o chamado ponto neutro. Isto significa que, em M, o campo elétrico é nulo. Primeira afirmação Tomando-se o infinito como referência para os potenciais (V 0 quando r ), podemos afirmar que o potencial elétrico em M também é nulo: PORQUE Segunda afirmação Em um ponto em que o vetor campo elétrico resultante é nulo, podemos afirmar que o potencial elétrico é nulo.

17 Proposto 1) Num meio de constante eletrostática igual a 9, Nm 2 C -2, encontra-se uma partícula solitária eletrizada com carga de +5,0μC. Qual o valor do potencial elétrico num ponto P situado a 3,0 m dessa partícula?

18 Proposto 2) Numa região onde o meio é o vácuo, são colocadas duas partículas eletrizadas com cargas de +5,0μC e -3,0μC em dois pontos A e B, respectivamente. Sabe-se que a distância entre os dois pontos é de 2,0 m e que o valor da constante eletrostática do vácuo é 9, unidades do SI. Determine: a) A intensidade do campo elétrico do ponto M, médio do segmento AB. b) O valor do potencial no ponto M. c) A intensidade da força que apareceria numa carga de prova de + 2,0μC, se a mesma fosse colocada no ponto M. d) A energia potencial elétrica adquirida pela referida carga de prova, em M.

19 Proposto 3) (CESGRANRIO) Duas cargas pontuais (I) e (II) estão fixas nas posições indicadas na figura. E M (I) V=0 (I) Observa-se, experimentalmente, que, em M, a intensidade do campo elétrico tem a direção e o sentido mostrados na figura, e que o potencial elétrico V é nulo (o potencial é nulo também O ponto M é o ponto médio do segmento que une as cargas elétricas. no infinito). Esses dados permitem afirmar que as cargas elétricas (I) e (II) têm valores, respectivos: (I) (II) a) q + q b) q/2 + q c) + q q/2 d) q q e) + q + q

20 Proposto 4) (CESGRANRIO) q q q qqq R R R O O O q q q Nas figuras, três cargas positivas e pontuais, q, são localizadas sobre a circunferência de um círculo de raio R de três maneiras diferentes. As afirmações seguintes referem-se ao potencial eletrostático em O, (o zero dos potenciais está no infinito): I) potencial em O nas figuras 1 e 3 é dirigido para baixo; II) potencial em O tem o mesmo valor (não nulo) nos três casos; III) potencial em O na figura 2 é nulo. Está(ão) certa(s) a(s) afirmação(ões): a) I e II somente; d) II somente; b) III somente; e) I somente. c) I e III somente;

21 Proposto 5) (PUC) A primeira descrição do átomo de hidrogênio de acordo com a teoria quântica é hoje conhecida como o Modelo de Bohr. Segundo esse modelo, um elétron (carga e) gira em movimento circular de raio r, denominado raio de Bohr, em torno de um núcleo constituído de um próton (carga +e). Obtenha o valor para: a) A energia potencial do sistema elétron-próton. b) A força centrípeta. c) A energia cinética do elétron. Dados: e = 1, C; r = 5, m; k = N.m 2 /C 2 (constante eletrostática do vácuo).

22 Proposto 6) (CESGRANRIO) Entre o nodo A e o nodo B de um tubo de raios X, está aplicada uma diferença de potencial de 10 5 V. Sabendo-se que a carga do elétron é da ordem de C, qual é a ordem de grandeza da energia cinética máxima que poderá adquirir um elétron emitido pelo cátodo, ao chegar ao ânodo? a) joules; d) joules; b) joules; e) joules. c) joules;

23 Proposto 7) (UFPE) Duas cargas elétricas -Q e +q são mantidas nos pontos A e B, que distam 82cm um do outro (ver figura). Ao se medir o potencial elétrico no ponto C, à direita de B e situado sobre a reta que une as cargas, encontra-se um valor nulo. Se Q = 3 q, qual o valor em centímetros da distância BC? -Q +q V c =0 A 82 cm B C

24 Proposto 8) (UFF) Uma carga positiva é fixada na posição x = L de um eixo. Uma outra carga, negativa, que pode deslocar-se livremente, é colocada na origem desse eixo. (-) (+) e) E p 0 L x O L x O gráfico que melhor representa a variação da energia potencial elétrica (E P ) da carga negativa em função da sua abscissa x é: E p b) E p a) 0 L x 0 L x c) E p 0 L x d) E p 0 L x

25 Proposto 9) Uma partícula eletrizada com carga q = 1μC e massa 1g é abandonada em repouso, no vácuo (k 0 = N.m 2 /C 2 ), num ponto A distante 1,0 m de outra carga Q = 25μC, fixa. Q= 25µC A B 1,0 m 1,0 m A velocidade da partícula, em m/s, quando passa pelo ponto B, distante 1,0 m de A é: a) 1 2 b) 5 2 c) 8 2 d) 10 2 e) 15 2

26 Proposto 10) (UNIRIO) A figura a seguir mostra duas cargas elétricas puntiformes Q 1 = C e Q = C localizadas nos vértices de um triângulo equilátero de lado O potencial elétrico e a intensidade do campo elétrico resultantes no ponto P são, respectivamente: 2 d = 0,3 m. O meio é o vácuo, cuja constante eletrostática é k 0 = 9 x 10 9 N.m 2 /C 2. a) 0V; 10 5 V/m b) 0V; V/m c) V; V/m d) V; 10 5 V/m e) V; V/m d d +Q d -Q

27 Proposto 11) Para proteção de aparelhos contra influências elétricas, as indústrias costumam envolvê-los com uma capa metálica (blindagem eletrostática). Isso porque, no interior da capa metálica: a) o potencial é nulo; b) o campo é constante; c) a força é constante; d) o campo e o potencial são nulos; e) o campo e a força são nulos.

28 Proposto 12) As linhas de força de um campo elétrico são: a) perpendiculares às superfícies equipotenciais e dirigidas dos pontos de menor para os de maior potencial; b) perpendiculares às superfícies equipotenciais e dirigidas dos pontos de maior para os de menor potencial; c) inclinadas em relação às superfícies equipotenciais; d) tangentes às superfícies equipotenciais; e) necessariamente retilínea e suas direções nada têm a ver com as superfícies equipotenciais.

29 Proposto 13) Na figura, a carga puntiforme Q está fixa em O. Sabe-se que OA = 0,5 M, OB = 0,4 M e que a diferença de potencial entre B e A vale V B - V A = V. Qual o valor da carga elétrica Q? O(Q) B A

30 Proposto 14) Na figura, representamos uma partícula eletrizada fixa em uma ponta A: Q A B C d Em relação ao campo elétrico gerado pela partícula que está no ponto A, sabe-se que: I) o potencial elétrico em B vale 40 V; II) o vetor campo elétrico em B tem intensidade igual a 40 V/m. Qual o potencial elétrico e qual a intensidade do vetor campo elétrico em C? d

31 Proposto 15) Uma esfera condutora, oca, encontra-se eletricamente carregada e isolada. Para um ponto de sua superfície, os módulos do campo elétrico e do potencial elétrico são 900N/C e 90V. Portanto, considerando um ponto no interior da esfera, na parte oca, é correto afirmar que os módulos para o campo elétrico e para o potencial elétrico são, respectivamente: a) zero N/C e 90V; b) zero N/C e zero V; c) 900N/C e 90V; d) 900N/C e 9,0V; e) 900N/C e zero V.

32 Proposto 16) Uma partícula de carga q, positiva, se desloca do ponto O, de coordenadas (0,0) até o ponto P, de coordenadas (a,a), seguindo a trajetória indicada na figura a seguir. Ao longo de toda a trajetória, há um campo elétrico uniforme, E, que aponta no sentido positivo do eixo x. a y P (a, a) E O (0,0) a x O trabalho realizado pela força elétrica, devida ao campo, sobre a partícula, durante seu deslocamento é: a) positivo e de módulo maior que qea; b) nulo; c) negativo e de módulo maior que qea; d) negativo e de módulo igual a qea; e) positivo e de módulo igual a qea.