Em um sistema de desinfecção por nebulização, gotículas carregadas com q = +5,0×10^-12 C e massa m = 2,0×10^-9…

Questão

Em um sistema de desinfecção por nebulização, gotículas carregadas com q = +5,0×10^-12 C e massa m = 2,0×10^-9 kg percorrem o espaço entre placas paralelas separadas d = 0,10 m. a) Determine a menor diferença de potencial ?V que faz a força elétrica vertical qE equilibrar o peso mg (use g = 10 m/s²). b) Calcule o trabalho realizado pelo campo elétrico sobre a gotícula ao atravessar d. c) Verifique se o campo necessário é inferior ao campo de ruptura do ar E_bd = 3,0×10^6 N/C e proponha medidas físicas e operacionais para reduzir riscos à saúde e ao ambiente relacionados ao uso dessa voltagem.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

a) Condição qE = mg ? E = mg/q = (2,0×10^-9·10)/(5,0×10^-12) = 4,0×10^3 N/C. b) ?V = E·d = 4,0×10^3·0,10 = 400 V. Trabalho W = q·?V = 5,0×10^-12·400 = 2,0×10^-9 J. c) Comparação: E = 4,0×10^3 N/C << E_bd = 3,0×10^6 N/C, portanto margem de segurança contra faíscas; porém riscos ambientais e à saúde persistem (aerossóis de solvente/biocida, exposição crônica). Medidas: aterramento e equipotencialização de equipamentos para evitar acúmulo de carga; redução da tensão aplicável mantendo distância adequada; controle de umidade para reduzir triboeletricidade; extração local e ventilação para remover aerossóis; neutralizadores de carga (ionizadores) e filtros HEPA; procedimentos de descarte e uso de EPI para operadores.

Explicação

A solução apresenta uma análise clara das forças em equilíbrio, calculando o campo elétrico necessário para equilibrar o peso da gotícula. Os valores obtidos para a diferença de potencial e o trabalho realizado pelo campo elétrico são coerentes com as fórmulas físicas aplicáveis. Além disso, a comparação com o campo de ruptura do ar e as propostas de medidas de segurança demonstram uma compreensão abrangente dos riscos associados e das estratégias para mitigá-los.

Raio-X da questão

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