Questão 3 (2,0 pontos)

Relacione os temas dos artigos e vídeos:
  1. Eletricidade atmosférica
  2. Efeito piezoelétrico
  3. Desfibrilador
  4. LED
  5. Espectrometria de massa
    com as seguintes afirmações:
    (a) ( ) Aplicação de uma corrente elétrica para reverter arritmias.
    (b) ( ) Ionização por eletrospray.
    (c) ( ) O reverso envolve a deformação do material quando submetido a uma diferença de potencial.
    (d) ( ) Auroras polares.
    (e) ( ) Bandas de diferentes níveis energéticos.
    (f) ( ) Deslocamento dos íons em presença de campo elétrico e magnético.
    (g) ( ) Ruptura do dielétrico.
    (h) ( ) Choques entre pequenas gotas de água e pedras de gelo.
    (i) ( ) Surgimento de corrente elétrica em alguns cristais quando submetidos a pressões mecânicas.
    (j) ( O componente mais importante é o capacitor.

Passo 1

O enunciado pede para relacionar cada tema listado com as afirmações fornecidas. Vou listar aqui, de forma clara, o que temos que relacionar (sem resolver ainda):
Temas:
(1) Eletricidade atmosférica
(2) Efeito piezoelétrico
(3) Desfibrilador
(4) LED
(5) Espectrometria de massa
Afirmações:
(a) Aplicação de uma corrente elétrica para reverter arritmias.
(b) Ionização por eletrospray.
\text{(c)} O reverso envolve a deformação do material quando submetido a uma diferença de potencial.
(d) Auroras polares.
(e) Bandas de diferentes níveis energéticos.
(f) Deslocamento dos íons em presença de campo elétrico e magnético.
(g) Ruptura do dielétrico.
(h) Choques entre pequenas gotas de água e pedras de gelo.
(i) Surgimento de corrente elétrica em alguns cristais quando submetidos a pressões mecânicas.
(j) O componente mais importante é o capacitor.

Passo 2

Eletricidade atmosférica ( (1)) — vou explicar os conceitos que aparecem nas afirmações que podem se relacionar com esse tema:
  • Em nuvens de tempestade há separação de cargas por processos microscópicos; um mecanismo importante é o choque entre gotas de água e partículas de gelo (graupel). Isso é exatamente a afirmação (h). Esse processo gera regiões com cargas opostas dentro da nuvem.
  • Quando a diferença de potencial entre regiões (ou entre nuvem e solo) ultrapassa a resistência do ar, ocorre a ruptura dielétrica do ar — é o raio. Isso corresponde à afirmação (g) (ruptura do dielétrico).
  • Auroras polares ( (d)) estão associadas ao comportamento elétrico e magnético da alta atmosfera: partículas carregadas do vento solar precipitam guiadas pelo campo magnético terrestre, causando emissão luminosa. Mesmo que sejam fenômenos ligados ao vento solar e campo magnético, fazem parte do assunto “eletricidade/atividade elétrica na atmosfera” em materiais divulgativos.
    Portanto, para (1) surgem fortes evidências para relacionar (d), (g) e (h).

Passo 3

Efeito piezoelétrico ( (2)) — precisamos distinguir efeito direto e efeito inverso e ligar às afirmações:
  • Efeito piezoelétrico direto: quando alguns cristais (como quartzo) são pressionados, aparecem cargas elétricas / corrente elétrica. A afirmação (i) descreve exatamente isso: “Surgimento de corrente elétrica em alguns cristais quando submetidos a pressões mecânicas.”
  • Efeito piezoelétrico inverso (converso): ao aplicar uma diferença de potencial (tensão) ao cristal, ele se deforma mecanicamente (muda de forma). A afirmação \text{(c)} diz “O reverso envolve a deformação do material quando submetido a uma diferença de potencial.”, que é justamente o efeito inverso.
    Expliquei os dois lados para você decorar: direto = pressão → carga; inverso = tensão → deformação. Assim (2) corresponde a (i) e \text{(c)}.

Passo 4

Desfibrilador ( (3)) — o que é essencial num desfibrilador e qual afirmação bate com isso?
  • Um desfibrilador funciona aplicando uma descarga elétrica controlada ao tórax para interromper ritmos cardíacos anormais e permitir que o marcapasso natural do coração recupere um ritmo normal. Isso é a afirmação (a): “Aplicação de uma corrente elétrica para reverter arritmias.”
  • Na prática, o circuito do desfibrilador precisa armazenar energia e liberá-la em um pulso curto e poderoso; o componente-chave para armazenar essa energia é o capacitor. A energia armazenada em um capacitor é dada por
U=\tfrac{1}{2}C V^{2},
onde U é a energia, C é a capacitância e V é a tensão. Portanto a afirmação (j) “O componente mais importante é o capacitor.” também se aplica muito bem a (3).
Logo (3) corresponde a (a) e (j).

Passo 5

LED ( (4)) — explicação didática simples:
  • Um LED (light-emitting diode) emite luz quando elétrons recombinam com lacunas (holes) em um semicondutor, passando da banda de condução para a banda de valência; a energia liberada aparece como fóton. Isso envolve níveis energéticos e bandas de energia. A afirmação (e) “Bandas de diferentes níveis energéticos.” descreve esse conceito básico de semicondutor e LED.
  • Podemos relacionar a energia do fóton à diferença de energia entre as bandas por
E = h\nu,
onde E é a energia do fóton, h é a constante de Planck e \nu é a frequência da luz. Assim (4) corresponde a (e).

Passo 6

Espectrometria de massa ( (5)) — dois pontos comuns em artigos e vídeos sobre esse tema:
  • Uma técnica de ionização muito usada é o electrospray (eletrospray ionization, ESI), que gera íons a partir de soluções pulverizadas; isso é precisamente a afirmação (b).
  • Após ionização, os íons são separados e analisados por seu comportamento em campos elétricos e magnéticos; o movimento e deflexão dos íons depende da força de Lorentz, dada por
\vec{F}=q(\vec{E}+\vec{v}\times\vec{B}),
onde \vec{F} é a força sobre o íon, q sua carga, \vec{E} o campo elétrico, \vec{B} o campo magnético e \vec{v} a velocidade do íon. Isso corresponde à afirmação (f).
Portanto (5) relaciona-se com (b) e (f).

Passo 7

Verificação rápida e finalização da associação: recapitulando mentalmente cada tema com suas afirmações e vendo que cada afirmação encontra sentido físico claro no tema indicado. Nada sobra sem explicação e cada afirmação se encaixa naturalmente nos temas que assinalei.

Resposta

1: (d),(g),(h)
2: \text{(c)},(i)
3: (a),(j)
4: (e)
5: (b),(f)

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