ITA 2017 — questão 8 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: julgar três afirmações sobre as cargas que chegam à placa, lendo o gráfico da tensão no resistor.

Passo 1 — tensão vira corrente, área vira carga. A tensão no resistor é $V = Ri$, então $i = V/R$. A carga que passa é a área sob a curva i × t:

$$q = \int i\,dt = \frac{1}{R}\int V\,dt$$

Logo, cada área do gráfico V × t, dividida por R, é uma carga.

I. Correta. Elétrons chegando à placa escoam para a terra pelo resistor; a corrente convencional, então, sobe da terra para a placa, e a placa fica em potencial negativo: é a região $M$, abaixo do eixo. Cargas positivas chegando dão tensão positiva: região $N$. Também faz sentido a ordem: os elétrons, muito mais leves, chegam primeiro; os íons, mais lentos, depois.

II. Correta. Cada quadradinho vale $0{,}05\ \text{V} \times 0{,}1\ \mu\text{s} = 5 \times 10^{-3}\ \text{V}\cdot\mu\text{s}$. Contando, cada região tem cerca de 10 quadradinhos (as duas áreas são praticamente iguais):

$$\int V\,dt \approx 0{,}05\ \text{V}\cdot\mu\text{s}$$

$$\int V\,dt \approx 5 \times 10^{-8}\ \text{V}\cdot\text{s}$$

$$q \approx \frac{5 \times 10^{-8}}{50} = 1 \times 10^{-9}\ \text{C}$$

Ou seja, cerca de 1 nC de cada sinal.

III. Incorreta. Se em todo instante chegassem cargas positivas e negativas na mesma quantidade, a corrente seria sempre zero e o gráfico seria uma reta sobre o eixo. O gráfico mostra o contrário: primeiro chegam quase só elétrons, depois quase só íons positivos.

⚠️ A armadilha: confundir “no total, as cargas são iguais” (verdade, a nuvem é quase neutra) com “a cada instante, as cargas são iguais” (falso). A igualdade total é a II; a instantânea, a III, e só a primeira vale.

A ideia em uma frase: no gráfico tensão × tempo de um resistor, área dividida por R é carga: o vale é dos elétrons rápidos, o pico é dos íons lentos, e os dois valem cerca de 1 nC.

Resposta: alternativa D (I e II).