Question

Duas placas paralelas separadas por uma distância de 1 cm têm uma diferença de potencial de 20 V entre elas. As placas são mantidas em posição horizontal com a placa negativa acima da placa positiva. Um elétron é liberado do repouso na placa superior. a) Desconsiderando a força gravitacional, qual é a aceleração do elétron devido à força elétrica ?(0,4 pt) b) Por que é adequado desconsiderar a força gravitacional na resolução do item a ?(0,1 pt) b) Quanto tempo leva o elétron para alcançar a placa inferior?(0.3ptpt) c) Qual é a energia cinética do elétron quando atinge a placa inferior? (0.2pt) Nota: carga de elétron q = -1,6 × 10-19C, massa de elétron m = 9,11 × 10-31Kg

Answer 1

Vamos utilizar os conceitos de Eletrostática e de Mecânica Clássica para resolver cada alternativa.

A figura esquematizando a situação descrita no enunciado está anexada no final desta resolução.

a) Aqui devemos primeiramente calcular o campo elétrico que atua no elétron. Ele será dada por:

E = V/d

, onde E é o campo elétrico, V o potencial elétrico e d a distância entre as placas.

Substituindo os dados fornecidos:

E = 20/0,01 = 2000 V/m

Agora vamos calcular a força eletrostática atuante:

F = E*q

, onde E é o campo elétrico, F a força eletrostática e q a carga elementar do elétron (q = - 1,6*10^{-19} C).

Substituindo os dados fornecidos:

$F = 2000*1,6*10^{-19} = 3,2*10^{-16} N$

Aplicando a Lei de Newton:

F = ma

, onde F é a força eletrostática, m a massa do elétron e a a aceleração do mesmo.

Substituindo novamente:

$3,2*10^{-16} = 9,11*10^{-31}*a \\\\ a = 0,35*10^{15} = 3,5*10^{14} m/s^2$

b) Porque a força eletrostática a qual o elétron está submetido é muito maior do que a força-peso. Para verificarmos isso basta fazermos:

$P = m*g = 9,11*10^{-31}*9,8 = 89,28*10^{-31} N$

c) O elétron vai realizar um movimento de queda livre, já que será repelido pela placa superior (negativa) e atraído pela placa inferior (positiva). Podemos aplicar a equação horária do movimento retilíneo uniformemente variado:

Y = Yo + Vot + at²/2

Substituindo os valores encontrados até aqui:

$0,01 = 0 + 0*t + 3,5*10^{14}t^2/2\\\\1,75*10^{14}t^2 = 0,01\\\\t^2 = 5,71*10^{-17}\\\\t = 2,4*10^{-17} s$

d) Para encontrarmos a energia cinética devemos calcular primeiramente a velocidade final do elétron:

$V = V_o + at = 0 + 3,5*10^{14}*2,4*10^{-17} = 8,4*10^{-3} m/s$

Você pode aprender mais sobre Campo Elétrico aqui: https://brainly.com.br/tarefa/17910903