UEM 2014 (Verão, Conhecimentos Específicos) — questão 10 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: julgar afirmações sobre isolantes e sobre o efeito de um dielétrico no capacitor.

O efeito do dielétrico: as moléculas do material se polarizam e criam um campo interno contrário ao das placas. Para a mesma carga nas placas, o campo fica $\kappa$ vezes menor, e a tensão também ($U = E\,d$). Então a capacitância fica $\kappa$ vezes maior: $C = \kappa\,C_0$.

(01) Verdadeira. Nos isolantes os elétrons ficam presos aos átomos; não há (praticamente) portadores de carga livres para formar corrente.

(02) Falsa. É o contrário: com a mesma carga, a tensão fica $\kappa$ vezes menor. (E com a mesma tensão aplicada, ela nem muda.)

(04) Verdadeira. Com o campo reduzido, cabe mais carga nas placas para a mesma tensão (ou para o mesmo limite de campo antes da ruptura): $Q = \kappa\,C_0\,U$.

(08) Verdadeira. A constante dielétrica mede quanto o material reduz o campo elétrico no seu interior: $\kappa = E_0/E$.

(16) Falsa. A expressão não é a lei de Coulomb (falta o quadrado da distância e a constante está no lugar errado). Num meio de constante dielétrica $\kappa$, a força é $\kappa$ vezes menor que no vácuo:

$$F = \frac{1}{\kappa}\cdot\frac{k_0\,q_1\,q_2}{d^2}$$

⚠️ A armadilha: a (02). O dielétrico diminui campo e tensão para a mesma carga; por isso aumenta a capacitância.

A ideia em uma frase: o dielétrico se polariza, enfraquece o campo κ vezes e, por isso, multiplica a capacitância por κ.

Resposta: soma 13 (01 + 04 + 08).