PAVE XV — 3ª Etapa — Questões de Física comentadas — Método TEF

Ao esfregar o balão no cabelo, ele se eletriza por atrito e fica com excesso de cargas de um sinal. Quando o balão é aproximado da latinha (um condutor neutro) sem encostar, as cargas livres da latinha se redistribuem: as de sinal oposto ao do balão se concentram no lado mais próximo e as de mesmo sinal, no lado mais afastado. Esse processo é a indução eletrostática.

Como a face próxima fica mais perto do balão, a atração sobre ela supera a repulsão sobre a face distante, e a latinha é atraída, ainda que a carga líquida seja nula.

Os outros processos não descrevem o experimento: o atrito exigiria esfregar balão e latinha entre si; o contato exigiria encostá-los; e, na indução, o induzido que se eletriza (por exemplo, ao ser ligado à terra) adquire carga de sinal oposto ao do indutor, não igual.

Para cada valor de resistência do corpo, a corrente vem da 1ª Lei de Ohm, $i=\dfrac{U}{R}$ com $U=220\text{ V}$, e depois se compara com a tabela:

$$R=220\text{ k}\Omega\;\Rightarrow\;i=\frac{220}{220\,000}=0{,}001\text{ A}$$

Essa corrente corresponde ao “ligeiro formigamento”, e esse é o único par resistência–efeito inteiramente coerente com os dados da tabela.

Os demais pares não se sustentam: com $R=200\text{ m}\Omega=0{,}2\,\Omega$ ou $R=220\text{ m}\Omega=0{,}22\,\Omega$ a corrente seria da ordem de $10^{3}\text{ A}$, muito acima de qualquer valor da tabela; e o ritmo cardíaco irregular exige $0{,}1\text{ A}$, o que só ocorre com $R=220/0{,}1=2{,}2\text{ k}\Omega$, e não 220 kΩ.

Observação: com $R=20\text{ k}\Omega$ a corrente seria $220/20\,000=0{,}011\text{ A}$, valor próximo ao da linha de 0,01 A. Esse item é, portanto, discutível, mas o gabarito definitivo da banca foi mantido.

O esquema mostra a tensão mudando a cada transformador: 22 kV na usina, 500 kV na linha de alta-tensão, 60 kV na indústria e no comércio, 4 kV na rede local e apenas 240–110 V na residência.

Os transformadores funcionam por indução eletromagnética (Lei de Faraday) e só operam com corrente alternada. A tensão é elevada para a transmissão a longa distância porque, para uma mesma potência $P=U\cdot i$, uma tensão maior significa corrente menor e, portanto, menos perdas por efeito Joule ($P_{dis}=R\,i^2$). Perto do consumidor, a tensão é reduzida em etapas até chegar a valores seguros para uso doméstico.

Por isso, a DDP não permanece constante ao longo da rede, não é dobrada para as casas e é menor nas residências do que no comércio e na indústria.

Em um receptor, a tensão aplicada aos terminais precisa vencer a força contraeletromotriz $\varepsilon'$ (parte útil, convertida em energia mecânica) e ainda a queda de tensão na resistência interna $r$ (parte dissipada em calor):

$$U=\varepsilon'+r\cdot i$$

Com $\varepsilon'=12\text{ V}$, $r=10\,\Omega$ e $i=0{,}40\text{ A}$:

$$U=12+10\cdot0{,}40=12+4=16\text{ V}$$

Quem usa apenas a Lei de Ohm, $U=R\,i=4\text{ V}$, esquece a contraeletromotriz; e quem responde 12 V ignora a dissipação no resistor.