UFU 2021-2 (demais cursos) — questão 21 de Física
Enunciado em texto
O Brasil é o país com maior incidência de raios. Eles são formados quando gotículas de água e gelo, que formam as nuvens, acumulam cargas elétricas, que, em algum momento, desencadeiam as descargas elétricas, que podem ocorrer no interior das nuvens e também estabelecer contato com o solo.
Para que tais descargas ocorram, é necessário que
A) a grande quantidade de cargas elétricas na nuvem gere um campo elétrico que ultrapasse a rigidez dielétrica do ar, tornando-o um meio condutor por onde as cargas elétricas fluirão.
B) a grande quantidade de cargas elétricas na nuvem diminua a diferença de potencial entre ela e o solo para permitir que uma corrente elétrica se estabeleça, que é por onde os elétrons fluirão.
C) a interação entre o campo elétrico da nuvem e o campo magnético terrestre ocorra, o que gera um canal de comunicação entre esses meios, que é por onde as cargas elétricas fluirão.
D) a diferença de potencial entre a nuvem e o solo seja momentaneamente infinita, permitindo que uma corrente elétrica se estabeleça, que é por onde os elétrons fluirão.
(Enunciado: Processo Seletivo UFU 2021-2 (demais cursos, prova de 21/08/2021), 1ª fase — Universidade Federal de Uberlândia.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Uberlândia (UFU) e à sua Diretoria de Processos Seletivos (DIRPS/UFU).
Resolução comentada
O que a questão pede: a condição física para que o ar, normalmente isolante, deixe passar a descarga do raio.
Passo 1 — o ar é isolante, até certo ponto. O ar seco quase não tem cargas livres. Mas, se o campo elétrico for intenso o bastante, ele acelera os poucos elétrons livres a ponto de arrancarem elétrons das moléculas que encontram, e estes arrancam outros: o ar se ioniza em cascata e vira condutor. O valor de campo em que isso acontece é a rigidez dielétrica do ar, cerca de V/m para o ar seco (menos no ar úmido).
Passo 2 — o raio. Quanto mais carga a nuvem acumula, maior o campo elétrico entre ela e o solo (ou entre regiões da nuvem). Quando o campo ultrapassa a rigidez dielétrica, forma-se um canal de ar ionizado e as cargas escoam por ele de uma vez: é a descarga.
Por que não as outras: B está ao contrário: mais carga aumenta a diferença de potencial entre a nuvem e o solo. C inventa um mecanismo: o campo magnético da Terra não abre canal nenhum para o raio. D exagera: a diferença de potencial num raio é enorme (da ordem de centenas de milhões de volts), mas finita; o que importa é o campo passar do limite que o ar suporta.
⚠️ A armadilha: a alternativa D, que soa como “muito, muito grande”. Nada na Física exige ddp infinita: basta que o campo elétrico supere a rigidez dielétrica do ar.
A ideia em uma frase: o raio acontece quando o campo elétrico da nuvem ultrapassa a rigidez dielétrica do ar e o transforma, por um instante, em condutor.
Resposta: alternativa A (o campo ultrapassa a rigidez dielétrica do ar).
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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