ENEM 2016 terceira aplicação
Durante a formação de uma tempestade, são observadas várias descargas elétricas, os raios, que podem ocorrer: das nuvens para o solo (descarga descendente), do solo para as nuvens (descarga ascendente) ou entre uma nuvem e outra. As descargas ascendentes e descendentes podem ocorrer por causa do acúmulo de cargas elétricas positivas ou negativas, que induz uma polarização oposta no solo.
Essas descargas elétricas ocorrem devido ao aumento da intensidade do(a)
campo magnético da Terra.
corrente elétrica gerada dentro das nuvens.
resistividade elétrica do ar entre as nuvens e o solo.
campo elétrico entre as nuvens e a superfíce da Terra.
força eletromotriz induzida nas cargas acumuladas no solo.
Resolução
A questão descreve o fenômeno das descargas elétricas (raios) durante tempestades, explicando que elas ocorrem devido ao acúmulo de cargas elétricas nas nuvens, que induz uma polarização oposta no solo. A pergunta central é: qual grandeza física tem sua intensidade aumentada, causando essas descargas?
Vamos analisar o processo passo a passo:
- Acúmulo de Cargas: Processos dentro da tempestade separam cargas elétricas, resultando em regiões com excesso de cargas positivas ou negativas nas nuvens.
- Indução no Solo: Esse acúmulo de carga nas nuvens induz uma acumulação de carga de sinal oposto na superfície da Terra logo abaixo.
- Diferença de Potencial: Cria-se uma grande diferença de potencial elétrico (voltagem) entre a nuvem carregada e o solo (ou outra nuvem).
- Campo Elétrico: Essa diferença de potencial ao longo da distância entre a nuvem e o solo gera um campo elétrico intenso no ar. O campo elétrico é a medida da força elétrica por unidade de carga em um ponto do espaço.
- Ruptura Dielétrica do Ar: O ar é normalmente um isolante elétrico (possui alta rigidez dielétrica). No entanto, quando o campo elétrico entre a nuvem e o solo se torna suficientemente intenso (supera a rigidez dielétrica do ar, que é cerca de 3 milhões de Volts por metro em ar seco ao nível do mar), ele ioniza as moléculas do ar.
- Formação do Canal Condutor: A ionização torna o ar condutor ao longo de um caminho.
- Descarga Elétrica (Raio): As cargas acumuladas fluem rapidamente através desse canal condutor, neutralizando a diferença de potencial. Essa rápida corrente elétrica é o raio que observamos.
Portanto, a causa direta da descarga elétrica é o aumento da intensidade do campo elétrico a um ponto que supera a capacidade isolante do ar.
Analisando as alternativas:
- A: O campo magnético da Terra não é a causa direta das descargas eletrostáticas.
- B: A corrente elétrica é a própria descarga, não a causa do aumento que leva à descarga.
- C: A descarga ocorre quando a resistência do ar diminui (devido à ionização), não quando a resistividade aumenta.
- D: O aumento do campo elétrico é o fator que leva à ruptura dielétrica do ar e à consequente descarga. Esta é a resposta correta.
- E: Embora haja indução de cargas no solo, o termo "força eletromotriz induzida" não descreve adequadamente a causa principal, que é o campo elétrico estático intenso.
A resposta correta é a D, pois é o aumento da intensidade do campo elétrico entre as nuvens e a superfície da Terra que provoca a ionização do ar e a subsequente descarga elétrica (raio).
Dicas
Erros Comuns
Revisão de Conceitos Essenciais
- Carga Elétrica: Propriedade fundamental da matéria que pode ser positiva ou negativa. Cargas de mesmo sinal se repelem e de sinais opostos se atraem.
- Campo Elétrico (E): Região do espaço ao redor de uma carga elétrica onde outra carga de prova experimenta uma força elétrica. É uma grandeza vetorial, medida em Newtons por Coulomb (N/C) ou Volts por metro (V/m). Um campo elétrico intenso pode exercer forças significativas sobre as cargas.
- Diferença de Potencial Elétrico (ddp ou V): Trabalho realizado por unidade de carga para mover uma carga entre dois pontos em um campo elétrico. Medida em Volts (V). Grandes diferenças de potencial podem gerar campos elétricos intensos.
- Indução Eletrostática: Redistribuição de cargas em um condutor neutro devido à proximidade de um objeto carregado. No caso das tempestades, a nuvem carregada induz cargas de sinal oposto na superfície da Terra.
- Rigidez Dielétrica: Intensidade máxima de campo elétrico que um material isolante pode suportar sem se tornar condutor. Quando o campo elétrico aplicado excede a rigidez dielétrica, ocorre a ruptura dielétrica (o material deixa de isolar). O ar tem uma rigidez dielétrica de aproximadamente \(3 \times 10^6\) V/m.
- Descarga Elétrica: Fluxo rápido de carga elétrica através de um material que normalmente é isolante, ocorrendo após a ruptura dielétrica. O raio é um exemplo de descarga elétrica em grande escala na atmosfera.
