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Eletricidade — Eletrostática — Descargas elétricas e raios

TEMPORADA DE RAIOS COMEÇA E O BRASIL É O PAÍS ONDE ELES MAIS CAEM NO MUNDO

Fotografia de um raio descendo de uma nuvem escura até o solo

Fonte: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/raios-trovoes.htm. Acesso em: 23/02/2022.

Quando há formação de nuvens com raios no horizonte, o melhor a fazer é evitar lugares abertos. Buscar abrigo em prédios, pontos de ônibus ou dentro de carros, por exemplo. A possibilidade de uma pessoa ser atingida por um raio é de uma em 1 milhão, mas, no Brasil, essas descargas elétricas matam cerca de 130 pessoas por ano, segundo o Inpe.

Referência: https://g1.globo.com/jornal-nacional/noticia/2021/01/12/temporada-de-raios-comeca-e-o-brasil-e-o-pais-onde-eles-mais-caem-no-mundo.ghtml. Acesso em: 23/02/2022.

A reportagem citada relata os cuidados que devemos tomar durante uma tempestade de raios. Segundo os conceitos científicos

(a)não precisamos ter cuidados durante uma tempestade de raios, pois o nosso corpo é um isolante elétrico.

(b)devemos tomar todos os cuidados possíveis durante uma tempestade de raios, pois as descargas elétricas podem ocorrer da nuvem para a superfície terrestre ou da superfície terrestre para a nuvem, que está neutra.

(c)devemos tomar todos os cuidados possíveis durante uma tempestade de raios, pois as descargas elétricas podem ocorrer da nuvem para a superfície terrestre ou da superfície terrestre para a nuvem, que está carregada positiva ou negativamente.

(d)não precisamos ter cuidados durante uma tempestade de raios, pois as nuvens sempre serão neutras.

(e)não precisamos ter cuidados durante uma tempestade de raios porque não ocorrem descargas elétricas.

(f)I.R.

Gabarito oficial

(c)

Resolução comentada

Em nuvens de tempestade, o atrito e as colisões entre partículas de gelo e gotículas separam cargas: a base da nuvem costuma ficar com excesso de cargas de um sinal e o topo com o sinal oposto. Assim, a nuvem não é neutra, mas eletrizada, e induz cargas de sinal contrário no solo.

Quando o campo elétrico entre nuvem e superfície passa do limite de rigidez dielétrica do ar, o ar deixa de ser isolante e ocorre uma descarga elétrica (o raio), podendo ser da nuvem para o solo ou do solo para a nuvem. Por isso os cuidados são necessários.

Além disso, o corpo humano é condutor: a água e os íons presentes nos tecidos permitem a passagem de corrente. Abrigos fechados e carros funcionam como uma gaiola metálica (blindagem eletrostática) e protegem, ao passo que campos abertos e árvores isoladas expõem as pessoas.

Eletricidade — Eletrodinâmica — Energia elétrica e custo (kWh)

O custo de energia elétrica se tornou uma preocupação para as famílias. Para 2022, existem aumentos previstos de até 30%, conforme informa a Companhia Estadual de Distribuição de Energia Elétrica (CEEE). Com o objetivo de amenizar o consumo de energia elétrica mensal, um estudante propõe que sua família calcule o consumo mensal dos aparelhos que mais gastam energia em sua casa. Para isso, recolhe informações de potência e do tempo usado de cada equipamento, conforme a tabela a seguir:

Equipamento	Potência (W)	Tempo por dia (h)
Forno elétrico	1800	0,5
Chuveiro elétrico	5500	1
Jarra elétrica	1500	0,5

Considerando que o preço do kW.h seja de R$0,90, o estudante constata que

(a)se não for mais utilizada a jarra elétrica, a economia mensal será de R$ 24,30.

(b)se não for mais utilizado o forno elétrico, a economia mensal será de R$ 20,25.

(c)se o tempo de uso do chuveiro elétrico passar a ser de 30 min por dia, a economia mensal será de R$ 148,50.

(d)se o forno elétrico e a jarra elétrica forem utilizados, apenas 15 min por dia, a economia mensal será de, aproximadamente, R$ 22,30.

(e)o tempo de uso dos aparelhos não interfere nos custo mensal de energia elétrica.

(f)I.R.

Gabarito oficial

(d)

Resolução comentada

A energia consumida é $E=P\cdot\Delta t$; com a potência em kW e o tempo em h, o resultado sai direto em kWh. Considerando um mês de 30 dias, o consumo diário de cada aparelho é:

$$\text{forno: }1{,}8\cdot0{,}5=0{,}90\text{ kWh}\qquad\text{chuveiro: }5{,}5\cdot1=5{,}50\text{ kWh}\qquad\text{jarra: }1{,}5\cdot0{,}5=0{,}75\text{ kWh}$$

Custo mensal de cada um: forno $0{,}90\cdot30\cdot0{,}90=\text{R\$ }24{,}30$; jarra $0{,}75\cdot30\cdot0{,}90=\text{R\$ }20{,}25$; chuveiro $5{,}5\cdot30\cdot0{,}90=\text{R\$ }148{,}50$.

Assim, eliminar a jarra economizaria R$ 20,25 (e não 24,30), eliminar o forno economizaria R$ 24,30 (e não 20,25), e reduzir o chuveiro para 30 min economizaria metade de R$ 148,50, isto é, R$ 74,25. Os valores de 24,30 e 20,25 aparecem nas afirmações trocados entre si, e o valor de 148,50 é o custo total do chuveiro, não a economia.

Com forno e jarra usados só 15 min (0,25 h) por dia, o consumo cai de $0{,}90+0{,}75$ para $0{,}45+0{,}375$ kWh por dia:

$$\text{economia}=(1{,}65-0{,}825)\cdot30\cdot0{,}90=0{,}825\cdot27\approx\text{R\$ }22{,}30$$

Por fim, o tempo de uso influencia diretamente o consumo, pois $E=P\cdot\Delta t$.

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

Dados da prova