Em uma unidade de reciclagem, partículas sólidas (raio r = 1,0 µm) adquirem carga ao serem expostas a uma…

Questão

Em uma unidade de reciclagem, partículas sólidas (raio r = 1,0 µm) adquirem carga ao serem expostas a uma diferença de potencial V = 5,0×10^3 V entre eletrodos separados por d = 0,05 m. Estime: (a) carga aproximada q na partícula usando C˜4pe0 r e q = C·V; (b) força elétrica F = q·E com E˜V/d; (c) compare E com o limiar de ruptura dielétrica E_break = 3,0×10^6 V/m e proponha medidas de mitigação de riscos.

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

Resposta esperada

Resposta-modelo: (a) Capacitância aproximada C ˜ 4pe0 r, com e0=8,85×10^-12 F/m e r=1,0×10^-6 m ? C ˜ 4p·8,85×10^-12·1,0×10^-6 ˜ 1,11×10^-16 F. Então q = C·V ˜ 1,11×10^-16·5,0×10^3 ˜ 5,6×10^-13 C. (b) Campo aproximado E ˜ V/d = 5,0×10^3/0,05 = 1,0×10^5 N/C. Força F = q·E ˜ 5,6×10^-13·1,0×10^5 ˜ 5,6×10^-8 N (dir.: na direção do campo para carga positiva). (c) Comparação: E ˜ 1,0×10^5 N/C é bem menor que E_break = 3,0×10^6 N/C; portanto, à primeira ordem não se espera ruptura do dielétrico no espaço entre eletrodos. Contudo, efeitos locais (pontas, contaminantes, umidade baixa) podem aumentar E_local e causar centelhamento. Medidas de mitigação: aterramento dos componentes metálicos, controle e limitação da tensão V, uso de espaçadores e geometria sem pontas, aumento da umidade relativa controlada para reduzir cargas isolantes, blindagem e sistemas de proteção contra descarga (varistores, gaps de proteção), procedimentos de trabalho e EPIs. Conecte esta análise ao impacto: reduzir tensões e aterramento minimiza risco de centelhamento que pode inflamar solventes ou danificar equipamentos, protegendo saúde e ambiente.

Explicação

A solução apresenta um raciocínio claro ao calcular a capacitância e a carga da partícula, utilizando fórmulas adequadas para determinar os valores físicos envolvidos. Em seguida, a análise do campo elétrico e da força resultante permite avaliar a segurança do sistema em relação ao limiar de ruptura dielétrica, considerando fatores que podem afetar a operação. Por fim, as medidas de mitigação propostas são relevantes para prevenir riscos associados a centelhamento, demonstrando uma compreensão abrangente dos conceitos e suas aplicações práticas.

Raio-X da questão

Questões parecidas com resolução

• Em uma pequena instalação de reciclagem de componentes eletrônicos, deseja-se avaliar se um precipitador eletrostático…
• Dissertativa — Em uma unidade de reciclagem, uma partícula de microplástico tem massa m = 2,0×10^-12 kg e carga q =…
• Em um centro de reciclagem, uma partícula carregada Q = +3,0×10^-6 C (aproximada por carga pontual) está fixa. Uma…
• Em um tambor metálico de armazenamento aproximado por esfera, Q = +2,0×10^-6 C e R = 0,20 m. Calcule (a) potencial V da…
• Em um silo de armazenamento, partículas e bolsas plásticas acumulam cargas por atrito. Usando E_ruptura ˜3,0×10^6 V/m e…
• Em uma oficina de reciclagem eletrônica são geradas partículas metálicas esféricas de raio r = 3,0×10^-6 m e densidade ?…

Todas as questões de Carga Elétrica, Força (Coulomb) e Campo Elétrico