2*. Explique o funcionamento de um forno de micro-ondas usando o conceito de dipolo elétrico.
Passo 1
O enunciado pede para explicar como um forno de micro-ondas aquece alimentos usando o conceito de dipolo elétrico. O conteúdo envolve eletrostática de dipolos e interações de moléculas polares com campos elétricos variáveis.
Passo 2
Um dipolo elétrico é formado por duas cargas iguais em módulo e de sinais opostos, separadas por uma distância. A magnitude do momento de dipolo
é
,
onde é a carga e
o vetor de separação. Esse dipolo, colocado num campo elétrico
, sofre um torque
dado por
,
que tende a alinhar com
.
onde
que tende a alinhar
Passo 3
O forno de micro-ondas gera ondas eletromagnéticas com frequência típica
. Isso significa que o campo elétrico interno oscila muito rapidamente, invertendo sua direção bilhões de vezes por segundo.
Passo 4
Em alimentos, principalmente na água, as moléculas são dipolos elétricos naturais (têm um lado positivo e outro negativo). Quando expostas ao campo oscilante, essas moléculas sofrem torque tentando se reorientar constantemente na direção do campo que muda de sentido a cada ciclo.
Passo 5
A reorientação rápida dos dipolos gera atrito molecular e choques entre as moléculas vizinhas. Esse atrito converte energia do campo eletromagnético em energia interna (calor), aquecendo uniformemente a massa de alimento dentro do forno.
Passo 6
As paredes metálicas do forno refletem as micro-ondas, confinando o campo elétrico e garantindo que as moléculas dos alimentos continuem girando e sofrendo atrito até que o processo de aquecimento seja concluído.
Resposta
O forno de micro-ondas aquece alimentos fazendo com que o campo elétrico oscilante exerça torque sobre os dipolos de água (e outras moléculas polares), obrigando-os a reorientar-se milhões de vezes por segundo e gerando calor por atrito molecular.