UNICAMP 2007 (2ª fase) — questão 10 de Física

Enunciado em texto
Numa tela de televisor de plasma, pequenas células contendo uma mistura de gases emitem luz quando submetidas a descargas elétricas. A figura abaixo mostra uma célula com dois eletrodos, nos quais uma diferença de potencial é aplicada para produzir a descarga. Considere que os eletrodos formam um capacitor de placas paralelas, cuja capacitância é dada por , onde F/m, é a área de cada eletrodo e é a distância entre os eletrodos.
(Figura: uma célula em forma de caixa retangular, com 600 μm de comprimento, 200 μm de largura e altura d = 100 μm. As faces de cima e de baixo, de 600 μm × 200 μm, são os eletrodos.)
a) Calcule a capacitância da célula.
b) A carga armazenada em um capacitor é proporcional à diferença de potencial aplicada, sendo que a constante de proporcionalidade é a capacitância. Se uma diferença de potencial igual a 100 V for aplicada nos eletrodos da célula, qual é a carga que será armazenada?
c) Se a carga encontrada no item b) atravessar o gás em 1 μs (tempo de descarga), qual será a corrente média?
(Enunciado e figura: Vestibular Unicamp 2007, 2ª fase — Comvest/Unicamp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à UNICAMP.
Resolução comentada
O que a questão pede: (a) a capacitância da célula; (b) a carga com 100 V; (c) a corrente média na descarga de 1 μs.
Item (a) — Passo 1: área e distância em metros. 1 μm = 10⁻⁶ m, então 1 μm² = 10⁻¹² m²:
Passo 2 — a capacitância:
Item (b) — Q = CU:
Isso é 1,1 pC (picocoulomb).
Item (c) — corrente média é carga por tempo:
Ou seja, 1,1 μA.
⚠️ A armadilha: converter a área como se fosse comprimento: 1 μm² não é 10⁻⁶ m², é (10⁻⁶ m)² = 10⁻¹² m². Com o fator errado, a capacitância sairia um milhão de vezes maior.
A ideia em uma frase: com tudo em metros (μm² = 10⁻¹² m²), C = ε₀A/d, Q = CU e i = Q/Δt.
Resposta: (a) C ≈ 1,1 × 10⁻¹⁴ F; (b) Q ≈ 1,1 × 10⁻¹² C (1,1 pC); (c) i ≈ 1,1 × 10⁻⁶ A (1,1 μA).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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