Fisica 3 - Ramalho-118-120

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Física
os Fundamentos 
da Física
Moderna plus 3
ramalho
nicolau
toledo
Parte I 
Unidade A
Capítulo 4 condutores em equilíbrio eletrostático. capacitância eletrostática.
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O processo de descarga elétrica ocorre numa sucessão muito 
rápida. Inicia-se com uma descarga elétrica denominada descar-
ga líder, que parte da nuvem em direção ao solo, seguindo traje-
tórias sinuosas através das regiões de maiores condutividades, 
apresentando a forma de uma árvore invertida. A descarga líder, 
pouco visível, provoca a ionização do ar ao longo de seu percurso. 
A região entre a nuvem e o solo passa a funcionar como um condu-
tor (atmosfera ionizada). Quando a descarga líder está próxima do 
solo, outra descarga, denominada descarga conectante, parte do 
solo e caminha ao encontro da descarga líder. A partir do instante do 
encontro, estabelece-se a descarga principal, denominada descarga 
de retorno. Nessa descarga, cargas elétricas negativas dirigem-se 
para o solo. A descarga de retorno ou principal apresenta gran de 
luminosi dade e origina corrente elétrica de grande intensidade. 
O processo descrito pode ocorrer repetidas vezes, num intervalo 
de tempo extremamente pequeno, enquanto as cargas puderem se 
renovar.
o para-raios
O para-raios, cuja invenção é devida ao político, escritor e cientista 
norte-americano BENJAMIN FRANKLIN (1706-1790), tem por finalida-
de oferecer um caminho mais eficiente para as descargas elétricas 
atmosféricas. Assim, garante a proteção de casas, edifícios, depósitos 
de combustíveis, linhas de transmissão de energia etc.
Atualmente, existem dois tipos de sistemas de segurança contra 
descargas atmosféricas regulamentados pela ABNT (Associação Brasi-
leira de Normas Técnicas): o modelo de Franklin, que segue a ideia da 
invenção original, e o modelo de Faraday, que se baseia no princípio da 
blindagem eletrostática. A utilização deste ou daquele modelo depende 
da altura da estrutura e da área da região a ser protegida. Vamos, de 
forma resumida, apresentar esses processos.
a) Modelo de Franklin
Também chamado simplesmente de para-raios de Franklin, consta 
basicamente de uma haste condutora disposta verticalmente na parte 
mais alta da estrutura a ser protegida. A extremidade superior da haste 
apresenta de três a quatro pontas de um material de elevado ponto de 
fusão (que não se derreta com a dissipação da energia da descarga). A 
outra extremidade da haste é ligada, por meio de condutores metálicos, 
a barras metálicas profundamente cravadas no solo.
Descarga de retorno (principal)Descarga conectanteDescarga líder
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Descarga de retorno (principal)Descarga conectanteDescarga líder
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 Para-raios de Franklin sobre uma edificação.
Estudos experimentais permitiram à ABNT concluir 
que “o campo de proteção oferecido por uma haste vertical 
é aquele abrangido por um cone, tendo por vértice o ponto 
mais alto do para-raios e cuja geratriz forma um ângulo de 
60° com a vertical”.
b) Modelo de Faraday
Esse método consiste em uma malha de captação, 
formando módulos retangulares, feitos de cabos de cobre 
nu passando por suportes isoladores, colocados de modo a 
envolver o topo da estrutura, como uma gaiola. Ao longo da 
malha, distribuem-se regularmente hastes terminadas em 
ponta. O aterramento se dá do mesmo modo que o método 
de Franklin, mas com maior número de terminais. Esse 
sistema, apesar de mais dispendioso, proporciona maior 
proteção, sendo utilizado em edificações de grande porte, 
como ginásios, galpões industriais etc.
Observação:
O para-raios radioativo, baseado na ionização do ar 
por meio da presença de material radioativo no material 
constituinte da ponta, está proibido no Brasil, desde 1989. 
Quem eventualmente ainda utilize esse tipo de para-raios 
está obrigado a desmontá-lo e encaminhar os componentes 
à CNEN (Comissão Nacional de Energia Nuclear).
h
60°
r = 3 • h
+
+
+
+ + + + + + + + +
– – – – – – –
Nuvem
–
Haste
metálica
Barra de
aterramentoCondutor
metálico
Se uma nuvem eletrizada estiver sobre as pontas do 
para-raios, induzirá nelas cargas elétricas, intensificando 
o campo na região já ionizada pela descarga líder. A des-
carga principal ocorrerá, então, através do para-raios.
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Capítulo 4 condutores em equilíbrio eletrostático. capacitância eletrostática.
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 L.3 (PUC-Campinas-SP) Os relâmpagos e os trovões 
são consequência de descargas elétricas entre 
nuvens ou entre nuvens e o solo. A respeito 
desses fenômenos, considere as afirmações que 
seguem.
 I. Nuvens eletricamente positivas podem in-
duzir cargas elétricas negativas no solo.
 II. O trovão é uma consequência da expansão 
do ar aquecido.
 III. Numa descarga elétrica, a corrente é invi-
sível, sendo o relâmpago consequência da 
ionização do ar.
Dentre as afirmações:
a) somente I é correta.
b) somente II é correta.
c) somente III é correta.
d) somente I e II são corretas.
e) I, II e III são corretas.
 L.4 (Ufes) Uma nuvem encontra-se num potencial 
de 9 3 106 V, em relação à terra, quando ocorre 
a queda de um raio, cuja duração é de 0,02 s. 
Supondo-se que durante a queda do raio uma 
carga de 30 C é transferida da nuvem para a 
terra, a potência liberada pelo raio é de:
a) 1,36 GW d) 6,74 GW
b) 2,72 GW e) 13,5 GW
c) 5,54 GW
Dado: GW 5 gigawatt 5 109 watt
 L.5 (UFF-RJ) Em 1752, o norte-americano Benjamin 
Franklin, estudioso de fenômenos elétricos, 
relacionou-os aos fenômenos atmosféricos, 
realizando a experiência descrita a seguir.
Durante uma tempestade, Franklin soltou uma 
pipa em cuja ponta de metal estava amarrada a 
extremidade de um longo fio de seda; da outra 
extremidade do fio, próxima de Franklin, pendia 
uma chave de metal. Ocorreu, então, o seguinte 
fenômeno: quando a pipa captou a eletricidade 
atmosférica, o toque de Franklin na chave, com 
os nós dos dedos, produziu faíscas elétricas.
Esse fenômeno ocorre sempre que em um 
condutor:
a) as cargas se movimentam, dando origem 
a uma corrente elétrica constante na sua 
superfície.
b) as cargas se acumulam nas suas regiões 
pontiagudas, originando um campo elétrico 
muito intenso e uma consequente fuga de 
cargas.
c) as cargas se distribuem uniformemente sobre 
sua superfície externa, fazendo com que em 
pontos exteriores o campo elétrico seja igual 
ao gerado por uma carga pontual de mesmo 
valor.
d) as cargas positivas se afastam das negativas, 
dando origem a um campo elétrico no seu 
interior.
e) as cargas se distribuem uniformemente so-
bre sua superfície externa, tornando nulo o 
campo elétrico em seu interior.
 L.6 (Unemat-MT) Um para-raios é feito de material 
metálico bom condutor de eletricidade e, em ge-
ral, apresenta-se neutro, ou seja, possui o mesmo 
número de elétrons e prótons. Quando uma nu-
vem carregada eletricamente aproxima-se dele, 
por ação das forças elétricas, a sua extremidade 
fica muito carregada eletricamente.
Analise os itens.
(01) Ao aproximar uma nuvem carregada 
negativamente de um para-raios, suas 
cargas negativas vão “escoar” pelo fio- 
-terra, ficando a sua ponta carregada po-sitivamente.
(02) Num para-raios, eletrizado de forma in-
tensa, o ar entre ele e a nuvem funcionará 
como um condutor elétrico.
(04) Uma descarga elétrica “cai” no para-raios 
somente se a nuvem estiver carregada 
positivamente.
(08) Um raio jamais poderá sair do para-raios, 
descarregando a nuvem.
(16) Os para-raios são eletrizados por indução.
Dê como resposta a soma dos números que 
precedem os itens corretos.
teste sua leitura