Um tambor metálico esférico de raio R = 0,30 m acumulou carga total Q = +1,20×10?5 C por atrito durante…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Avaliar os benefícios e os riscos à saúde e ao ambiente, considerando a composição, a toxicidade e a reatividade de diferentes materiais e produtos, como também o nível de exposição a eles, posicionando-se criticamente e propondo soluções individuais e/ou coletivas para seus usos e descartes responsáveis.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um tambor metálico esférico de raio R = 0,30 m acumulou carga total Q = +1,20×10?5 C por atrito durante transporte de solventes. Uma partícula contaminante com carga q = -2,00×10?? C e massa m = 1,0×10?? kg é atraída do infinito até tocar a superfície do tambor. (a) Calcule o potencial elétrico V na superfície do tambor usando V = Q/(4pe0 R) (e0 = 8,85×10?¹² F/m). (b) Calcule a variação da energia potencial elétrica ?U = q·V e a energia cinética adquirida ao chegar na superfície (assuma sem perdas). (c) Compare essa energia com a energia mínima de ignição do vapor do solvente E_ign = 1,0×10?¹ J e discuta o risco de faísca; proponha duas medidas práticas para reduzir esse risco durante manuseio e descarte.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Cálculo: 4pe0 ˜ 1,112×10?¹° F/m. Denominador 4pe0R = 1,112×10?¹°·0,30 = 3,337×10?¹¹. V = Q/(4pe0R) = 1,20×10?5 / 3,337×10?¹¹ ˜ 3,60×105 V. ?U = q·V = (-2,00×10?? C)·(3,60×105 V) = -7,20×10?4 J. Energia liberada ˜ 7,2×10?4 J (energia cinética máxima). Comparação: 7,2×10?4 J << E_ign (1,0×10?¹ J), portanto uma única partícula não gera energia suficiente para ignição. Medidas de mitigação: aterramento do tambor (ligação equipotencial), uso de revestimento condutor ou dissipador de carga e controle de umidade/ventilação para reduzir concentrações de vapor e acúmulo de carga.
Explicação
O cálculo do potencial elétrico na superfície do tambor é feito utilizando a fórmula apropriada, que considera a carga acumulada e a constante elétrica. A variação da energia potencial elétrica é obtida multiplicando a carga da partícula pelo potencial, resultando na energia cinética máxima ao chegar na superfície. A comparação com a energia mínima de ignição do vapor do solvente demonstra que a energia liberada pela partícula não é suficiente para causar ignição, e as medidas propostas visam mitigar riscos potenciais durante o manuseio.
Raio-X da questão
potencial elétrico e energia
avaliacao
potencial elétrico · energia potencial elétrica
Revisar conceitos de potencial elétrico e energia potencial elétrica.
O aluno pode confundir a fórmula do potencial elétrico e não aplicar corretamente os valores de carga e raio, resultando em um cálculo incorreto.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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