05) Uma esfera condutora maciça de raio ' a ' possui carga Q . Concêntrica a ela, existe uma casca esférica espessa condutora e descarregada, de raio interno ' b ' e raio externo ' c ', onde c > b > a . Em certo instante, conectamos a esfera e a casca esférica por um fio condutor, conforme ilustrado na figura. Quando as cargas atingem o equilíbrio:

a) A superfície interna da esfera oca tem carga - Q e a esfera maciça tem carga + Q .

b) A superfície externa da esfera oca tem carga + Q e a esfera maciça tem carga + Q .

c) A superfície interna da esfera oca tem carga 0 e a esfera maciça tem carga + Q .

d) A superfície externa da esfera oca tem carga + Q e a esfera maciça tem carga 0 .

e) A superfície externa da esfera oca tem carga + Q e a esfera maciça tem carga - Q .

Passo 1

Fala aí!! Bem-vindo! Está tendo um pouco de dificuldades nessa questão? Não se preocupe vou fazer o máximo pra te ajudar. 😉👍

Vamos imaginar a seguinte situação: temos uma esfera condutora que tem uma carga + Q , essa esfera é concêntrica com uma casca esférica condutora que está envolta à esfera.

Essa casca esférica está descarregada e então decidimos ligar um fio entre ela e a esfera carregada.

Após um tempo, decidimos investigar qual é a distribuição de cargas no sistema.

Temos algumas opções e temos que assinalar qual é a opção que descreve essa situação nesse momento.

Entendeu? Como podemos fazer isso? 🤔

Que tal analisarmos cada alternativa separadamente e dizer o motivo de tal alternativa ser verdadeira ou falsa.

Bora lá? 😁

Passo 2

Antes, temos que compreender uma coisa!

Pela lei de Coulomb, as cargas elétricas tendem a se posicionar em um condutor de maneira que as forças de repulsão sejam as menores possíveis.

Lembrando que cargas de mesmo sinal se repulsam e de sinal contrário se atraem.

Agora sim...

A alternativa A) diz que a superfície interna da esfera oca tem carga - Q e a esfera maciça tem carga + Q .

Que tal? 🤔

Inicialmente a esfera interna está carregada com + Q e a casca está descarregada, portanto não existem cargas – Q , logo não é possível que essa situação aconteça.

Entendeu?

Bora pra próxima!

Passo 3

Na alternativa B) diz que a superfície externa da esfera oca tem carga + Q e a esfera maciça tem carga + Q .

Será mesmo? 👀

Se a esfera maciça tem carga + Q inicialmente e a casca está descarregada, como é possível que em ambos tenham carga + Q após a conexão? 🤔

Se analisarmos o a carga interna ao sistema para esse caso, vamos obter + 2 Q , o que não é possível.

Logo, a alternativa B) também está errada!

Entendeu?

Passo 4

Na alternativa C) diz que a superfície interna da esfera oca tem carga 0 e a esfera maciça tem carga + Q .

Será que agora vai? 👀

Como dizemos no passo 2, as cargas de mesmo sinal tendem a encontrar um lugar onde as forças que agem sobre elas são as menores possíveis.

A superfície da esfera é menor que as superfícies da casca, então o lugar onde as cargas vão sofrer menores forças é na casca, logo, as cargas tendem a se mover para ela.

Dessa forma, podemos afirmar que a alternativa C) também é falsa!

Bacana, não é? 😉

Passo 5

A alternativa D) diz que a superfície externa da esfera oca tem carga + Q e a esfera maciça tem carga 0 .

Agora será que vai? 😁

Seguindo o que falamos no item anterior, as cargas positivas da esfera tendem a encontrar um ponto onde as forças de repulsão entre elas sejam as menores possíveis.

Para isso elas devem estar com o maior afastamento entre elas, logo essa condição deve acontecer na maior superfície que elas podem encontrar, ou seja, na superfície externa à casca esférica.

Dessa forma, podemos afirmar que a alternativa correta é a letra D)!

Gostou? 😎

Passo 6

Por fim, vamos ver porque a alternativa E) é falsa.

Ela diz que a superfície externa da esfera oca tem carga + Q e a esfera maciça tem carga – Q .

Isso não pode ser verdade pois se fizermos o cálculo da carga interna do sistema, vamos obter 0 .

Como inicialmente a carga do sistema é + Q , não é possível que essa situação aconteça!

Entendeu? 😉

É isso! Essa resolução te ajudou? Responde Aí! ✌

Resposta

d) A superfície externa da esfera oca tem carga +Q e a esfera maciça tem carga 0.

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