FMJ 2027 — questão 40 de Física
Enunciado em texto
O esquema representa um gerador de Van de Graaff, um dispositivo capaz de produzir potencial elétrico de grande valor em uma esfera metálica oca que há em sua parte superior. Isso ocorre por meio do acúmulo de carga elétrica na superfície dessa esfera.
[Esquema: a esfera metálica oca do gerador, marcada P, coberta de sinais + por fora; dentro da coluna, uma correia move-se entre dois roletes, com sinais + de um lado e − do outro, indicando o transporte de carga para cima. À direita, uma pequena esfera metálica N na ponta de uma haste, e entre as duas esferas um raio amarelo representando a descarga elétrica.]
(www.icts.res.in. Adaptado.)
Considere que a esfera de um gerador de Van de Graaff, P, esteja carregada positivamente. Ao aproximar outra esfera, N, metálica e eletricamente neutra, da esfera desse gerador, ocorre uma descarga elétrica entre as duas esferas. Nessa descarga, há transferência de
(A) elétrons da esfera P para a esfera N, apenas.
(B) elétrons da esfera N para a esfera P, apenas.
(C) prótons da esfera P para a esfera N, apenas.
(D) elétrons da esfera N para a esfera P e prótons da esfera P para a esfera N.
(E) elétrons da esfera P para a esfera N e prótons da esfera N para a esfera P.
(Enunciado e figura: Vestibular FMJ 2027, Medicina, Prova II — FMJ/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Faculdade de Medicina de Jundiaí (FMJ) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: quem atravessa a faísca. Não o sentido da corrente — as partículas.
Passo 1 — a regra que elimina três alternativas de uma vez. Em sólidos, e em metais em particular, próton não anda. Os prótons estão presos nos núcleos, que por sua vez estão presos na rede cristalina do metal. O que se move são os elétrons livres da nuvem eletrônica.
Eletrização de sólidos é sempre movimento de elétrons — nunca de prótons.
Isso já descarta a (C), a (D) e a (E), que fazem próton viajar.
Passo 2 — para que lado vão os elétrons. A esfera P está carregada positivamente, e "positiva" quer dizer exatamente falta de elétrons. A esfera N está neutra, ou seja, tem elétrons de sobra em relação a P. A tendência é o desequilíbrio se desfazer:
É a alternativa B.
E é assim que N acaba ficando positiva. Ela era neutra; perdeu elétrons para P; ficou com falta deles. Na descarga, a esfera neutra não "recebe carga positiva": ela perde carga negativa. O resultado aparente é o mesmo, mas o mecanismo é outro — e é o mecanismo que a questão cobra.
⚠️ A armadilha da (A), e ela é a mais comum da eletrostática inteira. "P é positiva, então a carga vai de P para N" — isso é o sentido convencional da corrente, uma convenção adotada por Benjamin Franklin antes de o elétron ser descoberto. Ela funciona perfeitamente para calcular circuitos, mas descreve o movimento de cargas positivas imaginárias. Os elétrons reais andam no sentido oposto.
O que a faísca é, fisicamente. Com potencial alto o bastante, o campo elétrico entre as esferas arranca elétrons das moléculas do ar e o ar — isolante — vira condutor: é a rigidez dielétrica sendo vencida, cerca de no ar seco. O raio amarelo do desenho é o ar ionizado brilhando. No saldo entre as duas esferas, porém, o que mudou de dono foram elétrons, de N para P.
Por que a carga fica na superfície da esfera, como diz o enunciado. Num condutor em equilíbrio o campo interno é nulo e o excesso de carga se distribui toda na superfície externa — por isso a esfera do Van de Graaff pode ser oca sem perder nada. É o mesmo princípio da gaiola de Faraday, e é por isso que se está relativamente seguro dentro de um carro durante uma tempestade.
A ideia em uma frase: em metal, só elétron viaja — e ele vai para onde está faltando, ou seja, do neutro para o positivo.
Resposta: alternativa B.
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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