Um tambor plástico isolante, aproximado por uma esfera de raio R = 0,12 m, acumulou carga total Q = 2,4×10?6 C…

Questão

Um tambor plástico isolante, aproximado por uma esfera de raio R = 0,12 m, acumulou carga total Q = 2,4×10?6 C na superfície. (a) Calcule o potencial V na superfície relativo ao infinito (use k = 9,0×10? N·m²/C²). (b) Calcule o trabalho W ao levar uma carga de prova q = -1,0×10?6 C do infinito até a superfície. (c) Estime a tensão de ruptura para um gap d = 1,0×10?³ m usando E_crit = 3,0×106 V/m e compare com V. (d) Analise os riscos à saúde e ao ambiente caso ocorra centelha e proponha medidas de controle e descarte.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

(a) V = k·Q/R = (9,0×10^9 N·m²/C²)(2,4×10^-6 C)/0,12 m = 1,8×10^5 V. (b) Trabalho pelo campo: W_field = q·V = (-1,0×10^-6 C)(1,8×10^5 V)=-0,18 J; portanto trabalho externo necessário = +0,18 J. (c) Tensão de ruptura V_ruptura = E_crit·d = (3,0×10^6 V/m)(1,0×10^-3 m)=3,0×10^3 V. Como V = 1,8×10^5 V » V_ruptura, há alta probabilidade de centelha. Riscos: ignição do solvente inflamável, liberação de vapores e aerossóis tóxicos, choque elétrico e contaminação ambiental. Medidas: aterramento e ligação equipotencial dos recipientes; uso de tambores condutores ou revestidos e straps de ligação; ionizadores/controle de umidade para reduzir cargas; procedimentos e EPI para manuseio e descarte como resíduo perigoso, com rotulagem e treinamento.

Explicação

Os cálculos realizados para o potencial, trabalho e tensão de ruptura utilizam fórmulas da eletrostática que relacionam carga, distância e campo elétrico, permitindo determinar os valores necessários para a análise. A comparação entre o potencial na superfície do tambor e a tensão de ruptura revela a possibilidade de centelha, indicando riscos associados ao manuseio do tambor. As medidas propostas visam mitigar esses riscos, garantindo a segurança e a proteção ambiental durante o armazenamento e descarte do material.

Raio-X da questão

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