Na descarga de um relâmpago típico, uma corrente de
Ampères flui durante
. Que quantidade de carga é transferida pelo relâmpago? [Note: Ampère é a unidade de corrente no SI; está definida na Secção 282 do livro; mas o capítulo 23 fornece meios de resolver o problema proposto.]
- Usamos a Eq. (23-3):
Tal carga é grande ou pequena? Compare com as cargas dadas nos Exemplos resolvidos do livro.
Passo 1
Vamos entender o problema! Temos um relâmpago que envia uma corrente elétrica de
Ampères durante
. Queremos descobrir quanto de carga elétrica é transferida nesse processo. Para resolver isso, vamos usar a relação entre corrente elétrica e carga, que está na matéria de eletricidade.
Passo 2
Primeiro, precisamos lembrar que a corrente elétrica (
) é a quantidade de carga (
) que passa por um ponto em um determinado tempo (
). A fórmula que relaciona essas grandezas é:
Isso significa que para encontrar a carga transferida, multiplicamos a corrente pelo tempo durante o qual ela flui.
Passo 3
Agora, vamos aplicar os valores fornecidos no problema. A corrente é
Ampères e o tempo é
. Primeiro, precisamos converter os microsegundos para segundos:
Agora, substituímos na fórmula:
Passo 4
Finalmente, vamos refletir sobre o resultado. Uma carga de
é considerada grande? Para ter uma ideia, cargas comuns em eletricidade estática são da ordem de miliCoulombs (
), então
é uma quantidade bastante grande, típica de eventos como relâmpagos.
Resposta
A quantidade de carga transferida pelo relâmpago é de
.
Exercícios relacionados
Uma pessoa em pé sobre um banco isolado toca um condutor também isolado, mas carregado. Haverá descarga completa do condutor?
- Não. Haverá apenas uma redistribuição da carga entre o condutor e a pessoa.
Dois segundos após ter sido lançado a partir do solo, um projétil deslocou-se 40 m horizontalmente e 53 m verticalmente em relação ao ponto de lançamento. Quais são as componentes (a) horizontal e (b) vertical da velocidade inicial do projétil? © Qual é o deslocamento horizontal em relação ao ponto de lançamento no instante em que o projétil atinge a altura máxima em relação ao solo?
a) ;
b) ;
c)
a)
b)
c)
Q 23-1
Sendo dadas duas esferas de metal montadas em suporte portátil de material isolante, invente um modo de car-regá-las com quantidades de cargas iguais e de sinais opostos. Você pode usar uma barra de vidro ativada com seda, mas ela não pode tocar as esferas. É necessário que as esferas sejam do mesmo tamanho, para o método funcionar?
Sendo dadas duas esferas de metal montadas em suporte portátil de material isolante, invente um modo de car-regá-las com quantidades de cargas iguais e de sinais opostos. Você pode usar uma barra de vidro ativada com seda, mas ela não pode tocar as esferas. É necessário que as esferas sejam do mesmo tamanho, para o método funcionar?
- Um método simples é usar indução elétrostática: ao aproximarmos a barra de vidro de qualquer uma das esferas quando ambas estiverem em contato iremos induzir (i) na esfera mais próxima, uma mesma carga igual e oposta à carga da barra e, (ii) na esfera mais afastada, uma carga igual e de mesmo sinal que a da barra. Se separarmos então as duas esferas, cada uma delas irá ficar com cargas de mesma magnitude porém com sinais opostos. Este processo não depende do raio das esferas. Note, entretanto, que a densidade de cargas sobre a superfície de cada esfera após a separação obviamente depende do raio das esferas.
Uma barra carregada atrai fragmentos de cortiça que, assim que a tocam, são violentamente repelidos. Explique a causa disto.
- Como os dois corpos atraem-se inicialmente, deduzimos que eles possuem quantidades de cargas com sinais diferentes. Ao tocarem-se a quantidade de cargas menor é equilibrada pelas cargas de sinal oposto. Como a carga que sobra reparte-se entre os dois corpos, estes passam a repelir-se por possuirem, então, cargas de mesmo sinal.
Note que afirmar existir repulsão após os corpos tocarem-se equivale a afirmar ser diferente a quantidade de cargas existente inicialmente em cada corpo.