UNICAMP 2005 (2ª fase) — questão 12 de Física

Enunciado em texto
A durabilidade dos alimentos é aumentada por meio de tratamentos térmicos, como no caso do leite longa vida. Esses processos térmicos matam os microorganismos, mas provocam efeitos colaterais indesejáveis. Um dos métodos alternativos é o que utiliza campos elétricos pulsados, provocando a variação de potencial através da célula, como ilustrado na figura abaixo. A membrana da célula de um microorganismo é destruída se uma diferença de potencial de V é estabelecida no interior da membrana, conforme a figura abaixo.
a) Sabendo-se que o diâmetro de uma célula é de 1m, qual é a intensidade do campo elétrico que precisa ser aplicado para destruir a membrana?
b) Qual é o ganho de energia em eV de um elétron que atravessa a célula sob a tensão aplicada?
(Figura: no alto, duas placas verticais com o campo elétrico apontando da esquerda para a direita; entre elas, uma célula circular cuja membrana tem cargas induzidas: no lado esquerdo, cargas negativas por fora e positivas por dentro; no lado direito, negativas por dentro e positivas por fora. Embaixo, o gráfico do potencial V em função da posição x: V cai em linha reta fora da célula, sofre uma queda ao atravessar a membrana da esquerda, fica constante no interior da célula, sofre outra queda na membrana da direita e volta a cair em linha reta. Uma reta tracejada, que liga os trechos de fora, mostra a queda total de potencial através da célula. Setas indicam a “Membrana da célula” nos dois lados.)
(Enunciado e figura: Vestibular Unicamp 2005, 2ª fase — Comvest/Unicamp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à UNICAMP.
Resolução comentada
O que a questão pede: (a) o campo elétrico capaz de criar 1 V em cada membrana de uma célula de 1 µm; (b) a energia que um elétron ganha ao atravessar a célula.
Item (a) — a queda de potencial através da célula. O gráfico mostra que, dentro da célula, o potencial fica constante; toda a queda acontece nas duas membranas, em cada uma. A reta tracejada é o potencial do campo aplicado: através do diâmetro da célula ele cai o total das duas quedas:
Num campo uniforme, , com µm m:
Item (b) — energia em elétron-volt. Um elétron que atravessa uma diferença de potencial ganha energia . Por definição, 1 eV é a energia que um elétron ganha ao atravessar 1 V. Atravessando a célula, com 2 V:
⚠️ A armadilha: usar só V como a tensão através da célula: o campo sairia V/m e a energia, 1 eV. Mas são duas membranas, uma de cada lado, e cada uma precisa receber 1 V.
A ideia em uma frase: a queda de potencial do campo aplicado se concentra nas duas membranas; para dar 1 V em cada uma, a célula inteira precisa de 2 V, e E = ΔV/d.
Resposta: (a) V/m; (b) eV.
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.
Prefere navegar prova por prova? Abra esta questão no Filatte Resolve.