Questão de Física — Eletrostática e Lei de Coulomb. Força Elétrica. — FUNDATEC 2025

Capacitância e Dielétricos

Gabarito: letra A. A carga armazenada no capacitor é calculada pela relação $Q = C \cdot V$, resultando em $10\,\mu\text{F} \times 12\,\text{V} = 120\,\mu\text{C}$. Após desconectar da fonte e inserir o dielétrico, a carga $Q$ permanece constante ($120\,\mu\text{C}$), enquanto a nova capacitância $C'$ passa a ser $40\,\mu\text{F}$. A nova diferença de potencial é dada por $V' = \frac{Q}{C'} = \frac{120\,\mu\text{C}}{40\,\mu\text{F}} = 3\,\text{V}$.

O comportamento de um capacitor de placas paralelas é regido pela relação fundamental entre carga, capacitância e tensão. Quando um capacitor é carregado por uma fonte, ele armazena energia no campo elétrico entre suas placas. A inserção de um material dielétrico aumenta a capacitância do dispositivo, pois o material reduz o campo elétrico interno, permitindo que, para uma mesma carga, a diferença de potencial entre as placas diminua.

Alternativa A — ✅ Correta ⟵ GABARITO

Esta alternativa apresenta os valores calculados corretamente: a carga inicial de $120\,\mu\text{C}$ e a nova tensão de $3\,\text{V}$ após a inserção do dielétrico, que quadruplicou a capacitância original de $10\,\mu\text{F}$ para $40\,\mu\text{F}$.

Alternativa B — ❌ Incorreta

O valor da carga está correto, mas a tensão de $12\,\text{V}$ é a original da fonte. Como a capacitância aumentou e a carga foi mantida (capacitor isolado), a tensão deve obrigatoriamente diminuir.

Alternativa C — ❌ Incorreta

Sugere uma tensão de $48\,\text{V}$. Esse valor ocorreria se a capacitância tivesse sido reduzida ou se a carga tivesse aumentado significativamente, o que não condiz com a inserção de um dielétrico em um capacitor isolado.

Alternativa D — ❌ Incorreta

O valor de $480\,\mu\text{C}$ para a carga está incorreto. A carga inicial é determinada pela capacitância original ($10\,\mu\text{F}$) e pela tensão da fonte ($12\,\text{V}$), resultando em $120\,\mu\text{C}$.

Alternativa E — ❌ Incorreta

Embora a tensão final de $3\,\text{V}$ esteja correta, o valor da carga inicial de $480\,\mu\text{C}$ está errado, pois ignora a capacitância inicial de $10\,\mu\text{F}$ fornecida no enunciado.