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.

Exercícios relacionados

Nas maratonas costumam participar centenas de atletas. Qual a diferença entre a velocidade media de determinado atleta e uma velocidade de arraste de todos os atletas? Como você poderia definir esta ultima velocidade?
Um fio de 1 m de comprimento, que tem inicialmente , é uniformemente esticado até atingir o comprimento de 2 m. Qual é o novo valor da resistência?
É correto ligar o fio-terra de um aparelho no fio-neutro da rede? Por quê?
Força eletromotriz é um nome inadequado. Se pudesse substituí-lo, que nome você daria a essa grandeza? Por quê?