Em um tambor metálico de armazenamento aproximado por esfera, Q = +2,0×10^-6 C e R = 0,20 m. Calcule (a)…

Questão

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 esfera, (b) intensidade do campo E na superfície, (c) energia eletrostática armazenada U. Compare E com a rigidez dielétrica do ar E_break ˜ 3,0×10^6 V/m e proponha medidas individuais e coletivas para reduzir riscos de ignição e descarte seguro (justifique fisicamente).

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

Resposta esperada

Cálculos: V = kQ/R = (9,0×10^9)(2,0×10^-6)/0,20 = 9,0×10^4 V; E_na_superf = kQ/R^2 = 9,0×10^9·2,0×10^-6/0,04 = 4,5×10^5 V/m; energia U = ½ QV = 0,5·2,0×10^-6·9,0×10^4 = 9,0×10^-2 J. Avaliação: E (4,5×10^5 V/m) é menor que E_break (3,0×10^6 V/m), logo descargas por ruptura dielétrica direta são improváveis; porém U ˜ 0,09 J pode ser suficiente para produzir faíscas capazes de inflamar vapores inflamáveis presentes no ambiente. Medidas individuais: uso de luvas e calçados dissipativos, aterramento do tambor (ligar à terra para Q?0), evitar fricção e carregar tambores com taxa controlada; medidas coletivas: equipotencialização e ligação à terra de estruturas, pisos condutivos, controle de umidade relativa para aumentar condutividade ambiental, ionizadores neutrali-zantes de carga em linhas de manuseio, procedimentos de transporte e descarte que previnam acúmulo de carga e presença de atmosferas inflamáveis (ventilação). Justificativa física: aterramento reduz Q e, portanto, V e E (V = Q/C); equipotencialização elimina diferenças de potencial que geram correntes de fuga; aumentar condutividade ambiental reduz tempo de acúmulo e diminui energia armazenada; neutralizadores reduzem densidade de cargas e potencial disponível para faíscas. Essas ações reduzem a probabilidade de que a energia eletrostática (U) seja liberada de forma concentrada gerando ignição e viabilizam descarte seguro.

Explicação

Os cálculos realizados demonstram a relação entre carga, potencial, campo elétrico e energia eletrostática, evidenciando que a intensidade do campo gerado é inferior ao limite de ruptura dielétrica do ar, o que minimiza o risco de descargas elétricas. As medidas propostas visam controlar a acumulação de carga e prevenir a ignição de vapores inflamáveis, utilizando princípios físicos como aterramento e equipotencialização. A justificativa física reforça a importância de reduzir a energia eletrostática acumulada, garantindo um ambiente seguro para o manuseio e descarte dos materiais.

Raio-X da questão

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