Um tambor metálico esférico de raio R = 0,30 m acumulou carga total Q = +1,20×10?5 C por atrito durante…

Questão

Um tambor metálico esférico de raio R = 0,30 m acumulou carga total Q = +1,20×10?5 C por atrito durante transporte de solventes. Uma partícula contaminante com carga q = -2,00×10?? C e massa m = 1,0×10?? kg é atraída do infinito até tocar a superfície do tambor. (a) Calcule o potencial elétrico V na superfície do tambor usando V = Q/(4pe0 R) (e0 = 8,85×10?¹² F/m). (b) Calcule a variação da energia potencial elétrica ?U = q·V e a energia cinética adquirida ao chegar na superfície (assuma sem perdas). (c) Compare essa energia com a energia mínima de ignição do vapor do solvente E_ign = 1,0×10?¹ J e discuta o risco de faísca; proponha duas medidas práticas para reduzir esse risco durante manuseio e descarte.

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

Resposta esperada

Cálculo: 4pe0 ˜ 1,112×10?¹° F/m. Denominador 4pe0R = 1,112×10?¹°·0,30 = 3,337×10?¹¹. V = Q/(4pe0R) = 1,20×10?5 / 3,337×10?¹¹ ˜ 3,60×105 V. ?U = q·V = (-2,00×10?? C)·(3,60×105 V) = -7,20×10?4 J. Energia liberada ˜ 7,2×10?4 J (energia cinética máxima). Comparação: 7,2×10?4 J << E_ign (1,0×10?¹ J), portanto uma única partícula não gera energia suficiente para ignição. Medidas de mitigação: aterramento do tambor (ligação equipotencial), uso de revestimento condutor ou dissipador de carga e controle de umidade/ventilação para reduzir concentrações de vapor e acúmulo de carga.

Explicação

O cálculo do potencial elétrico na superfície do tambor é feito utilizando a fórmula apropriada, que considera a carga acumulada e a constante elétrica. A variação da energia potencial elétrica é obtida multiplicando a carga da partícula pelo potencial, resultando na energia cinética máxima ao chegar na superfície. A comparação com a energia mínima de ignição do vapor do solvente demonstra que a energia liberada pela partícula não é suficiente para causar ignição, e as medidas propostas visam mitigar riscos potenciais durante o manuseio.

Raio-X da questão

Questões parecidas com resolução

• Ao avaliarem ingredientes de protetor solar, pesquisadores compararam quatro filtros comuns utilizados em loções faciais…
• Durante uma demonstração em laboratório didático, foram comparados três tipos de panelas para o preparo de molhos ácidos…
• Uma amostra de água do mar passa de [H+] = 1,0 x 10^-8 mol/L para [H+] = 1,0 x 10^-7 mol/L após maior dissolução de CO2…
• O óleo de cozinha usado não deve ir para a pia. Qual destino é mais adequado para esse resíduo?
• Por que o uso de álcool 70% é mais eficiente para higienização do que concentrações muito altas?
• Ao ler o rótulo de um desinfetante com amônia, um estudante decide não misturá-lo com água sanitária. Essa decisão se…

Todas as questões de Potencial Elétrico e Trabalho da Força Elétrica