A ionosfera é uma zona da atmosfera quase totalmente ionizada. Podemos considerá-la como um plasma, isto é, uma mistura de íons positivos e de elétrons, um equilíbrio térmico. Observa-se que satélites artificiais que percorrem esta região adquirem uma carga elétrica, negativa. Como é então possível isto ocorre, já que esse plasma é globalmente neutro (há tanto elétrons como íons positivos)? Dica: Pense em termos do principio da eqüipartição da energia.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão fala sobre a ionosfera, que é uma parte da atmosfera cheia de íons e elétrons, ou seja, um plasma que, no geral, é neutro porque tem a mesma quantidade de cargas positivas e negativas. Porém, os satélites que passam por lá acabam ficando com carga elétrica negativa. Vamos usar o princípio da equipartição da energia para entender por que isso acontece.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é o princípio da equipartição da energia. Esse princípio diz que, em equilíbrio térmico, a energia é distribuída igualmente entre todas as partículas do sistema. Isso significa que cada partícula (seja um elétron ou um íon) tem a mesma quantidade média de energia cinética.
Passo 3
Agora, vamos relacionar isso com as partículas na ionosfera. A energia cinética (
) de uma partícula é dada por:
Onde:
-
é a massa da partícula, -
é a velocidade da partícula.
Como a energia cinética média é a mesma para elétrons e íons (por causa da equipartição da energia), podemos igualar as energias:
Simplificando, temos:
Passo 4
Agora, percebemos que os elétrons (
) têm uma massa muito menor que os íons (
). Para que as energias sejam iguais, a velocidade dos elétrons (
) precisa ser maior que a dos íons (
). Isso faz com que os elétrons se movam mais rápido e tenham maior chance de alcançar e se fixar no satélite.
Resposta
Então, mesmo que o plasma seja globalmente neutro, os elétrons, por serem mais leves e mais rápidos graças ao princípio da equipartição da energia, acabam se acumulando no satélite, fazendo com que ele adquira uma carga elétrica negativa.