ENEM 2020 Digital — questão 132 de Física
Enunciado em texto
No final do século XIX, muitos cientistas estavam interessados nos intrigantes fenômenos observados nas ampolas de raios catódicos, que são tubos sob vácuo em que se ligam duas placas a uma fonte de alta tensão. Os raios catódicos passam através de um orifício no ânodo e continuam o percurso até a outra extremidade do tubo, onde são detectados pela fluorescência produzida ao chocarem-se com um revestimento especial, como pode ser observado na figura. Medições da razão entre a carga e a massa dos constituintes dos raios catódicos mostram que a sua identidade independe do material do cátodo ou do gás dentro das ampolas.
Na figura, a alta tensão liga o cátodo (negativo) ao ânodo (positivo); o feixe atravessa o tubo entre uma placa negativa e uma placa positiva e é desviado em direção à placa positiva.
Essa radiação invisível detectada nas ampolas é constituída por
a) ânions. b) cátions. c) prótons. d) elétrons. e) partículas alfa.
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
O que a questão pede: de que são feitos os raios catódicos.
Passo 1 — a pista decisiva está na última frase do enunciado. "Medições da razão entre a carga e a massa dos constituintes dos raios catódicos mostram que a sua identidade independe do material do cátodo ou do gás dentro das ampolas."
Isso é enorme: seja qual for o metal do eletrodo, seja qual for o gás, sai sempre a mesma coisa. Logo os raios não são feitos do material — são feitos de algo comum a toda matéria, uma partícula subatômica.
Passo 2 — qual partícula. Eles saem do cátodo (a placa negativa) e são atraídos pelo ânodo (positivo). Cargas negativas são repelidas pelo negativo e atraídas pelo positivo — então os raios têm carga negativa. A figura confirma: eles se desviam em direção à placa positiva.
A única partícula subatômica negativa e presente em toda matéria é o elétron.
Resposta: alternativa D (elétrons).
Por que as outras caem:
(A) ânions e (B) cátions são íons, ou seja, átomos com carga — e átomos dependem do material. Se fossem íons, a razão carga/massa mudaria conforme o gás da ampola. O enunciado diz que não muda.
(C) prótons têm carga positiva: seriam atraídos pela placa negativa, não pela positiva.
(E) partículas alfa são núcleos de hélio, também positivos e muito mais pesados.
O que J. J. Thomson fez com isso, em 1897. Ele mediu exatamente essa razão e encontrou um valor cerca de duas mil vezes maior que o do íon de hidrogênio, o mais leve conhecido. Ou seja: ou a carga era enorme, ou a massa era minúscula. Era a massa. Foi assim que se descobriu que o átomo não é indivisível — havia algo menor dentro dele, igual em todos os elementos. O elétron foi a primeira partícula subatômica identificada, e a ampola de raios catódicos foi o instrumento.
Você conviveu com essa ampola: as TVs e monitores de tubo eram exatamente isso — um feixe de elétrons varrendo uma tela fosforescente. A "fluorescência ao chocarem-se com um revestimento especial" do enunciado é a imagem da sua televisão antiga.
A ideia em uma frase: sai do cátodo, desvia para o positivo e é igual em qualquer material — é o elétron.
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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