Suponha que uma nuvem de tempestade, com de largura e de comprimento, flutua 500 m acima de uma área plana. A nuvem está dotada de 160 C de carga, enquanto o solo é neutro. Aproxime o sistema nuvem-solo por um capacitor de placas paralelas.
b) A ocorrência de raios requer intensidades de campo elétrico de aproximadamente 2,5 . As condições descritas no problema são suficientes para a ocorrência de um raio?

Passo 1

Então, galera! Vamos analisar esse problema que fala sobre uma nuvem de tempestade atuando como um capacitor e verificar se as condições dadas são suficientes para a ocorrência de um raio. Aqui, estamos trabalhando com eletricidade estática e conceitos de capacitores de placas paralelas. Vamos precisar usar as fórmulas de campo elétrico para capacitores e entender como calcular esse campo com as informações fornecidas.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que significa aproximar a nuvem e o solo como um capacitor de placas paralelas. Um capacitor de placas paralelas é um dispositivo que armazena carga elétrica entre duas placas planas e paralelas. A fórmula para o campo elétrico entre as placas de um capacitor é:
onde:
  • é a densidade de carga (carga por unidade de área),
  • é a permissividade do vácuo, aproximadamente .

Passo 3

Vamos calcular a densidade de carga . Sabemos que a carga na nuvem é de 160 C e a área da nuvem pode ser aproximada multiplicando a largura pela comprimento:
Então, a densidade de carga é:

Passo 4

Agora, vamos usar a fórmula do campo elétrico :

Passo 5

Com o campo elétrico calculado sendo aproximadamente , vamos comparar com o valor necessário para a ocorrência de um raio, que é de .

Resposta

Sim, as condições descritas são suficientes para a ocorrência de um raio, já que o campo elétrico calculado ( ) é maior que o valor necessário de .

Exercícios relacionados

Você deve conectar os capacitores e , com , a uma bateria. Primeiro você concecta cada capacitor individualmente, depois em série e, por último, em paralelo. Liste os arranjos de acordo com a carga armazenada, começando pela maior carga.
Um capacitor caseiro é montado colocando-se duas formas de torta de 23 cm de diâmetro separadas por 4 cm e conectando-as aos terminais opostos de uma bateria de 9 V. Estime (d) o trabalho realizado pela bateria para carregá-las.
Suponha que uma nuvem de tempestade, com de largura e de comprimento, flutua 500 m acima de uma área plana. A nuvem está dotada de 160 C de carga, enquanto o solo é neutro. Aproxime o sistema nuvem-solo por um capacitor de placas paralelas.
a) Qual a diferença de potencial entre a nuvem e o solo?
Um capacitor caseiro é montado colocando-se duas formas de torta de 23 cm de diâmetro separadas por 4 cm e conectando-as aos terminais opostos de uma bateria de 9 V. Estime © o campo elétrico a meio caminho entre as placas