Questionário: (a) Qual o procedimento para construir um eletroscópio? Se precisar, pode-se demonstrar, basta descrever o algoritmo. (1,0)
b) Com base em seus conhecimentos sobre dipolo elétrico, momento dipolar elétrico( p ), descreva de forma sucinta o funcionamento de um forno de micro-ondas (\mathbf{1}, \mathbf{0})
c) Com base em seus conhecimentos de campo elétrico e diferença de potencial explique a gaiola de Faraday. (1,0)

Passo 1

O enunciado pede três descrições conceituais em eletrostática e eletromagnetismo de baixa frequência:
  1. como montar um eletroscópio simples,
  2. como o momento dipolar elétrico das moléculas permite o aquecimento no forno de micro-ondas,
  3. por que uma gaiola de Faraday bloqueia campos elétricos internos.

Passo 2

Para construir um eletroscópio (por exemplo, de folha de ouro) podemos seguir este “algoritmo”:
  1. Escolha um suporte isolante rígido (uma base de madeira ou acrílico).
  2. Fixe verticalmente um bastão ou haste metálica (alumínio ou latão) à base, garantindo isolamento entre haste e suporte.
  3. Na extremidade superior da haste, prenda um pequeno globo ou esfera metálica que funcione como coletor de carga.
  4. Na extremidade inferior da haste, solde ou pregue duas folhas metálicas muito finas (folhas de alumínio ou ouro), justapostas, que sirvam de indicadoras.
  5. Encaixe todo o conjunto num estojo transparente (acrílico ou vidro) com tampa, para evitar correntes de ar que movimentem as folhas.
  6. Para testar, aproxime um corpo carregado da esfera superior: a indução faz as folhas se repelirem, indicando carga.

Passo 3

No forno de micro-ondas, utiliza-se radiação eletromagnética em torno de \SI{2.45}{\giga\hertz}. O campo elétrico alternado dessa onda interage com as moléculas polares de água, que têm momento dipolar \mathbf{p}. A cada oscilação do campo, elas tentam alinhar seu dipolo com \mathbf{E}, girando rapidamente. Esse movimento rotacional interno gera fricção molecular e, consequentemente, calor, cozinhando o alimento.

Passo 4

A gaiola de Faraday é uma carcaça condutora que, em equilíbrio eletrostático, satisfaz
\mathbf{E}_\text{interno} = \mathbf{0},\quad V_\text{interno} = \text{constante}.
Quando um campo externo incide sobre o condutor, cargas livres se redistribuem na superfície, cancelando o campo dentro do volume oco. Assim, instrumentos ou pessoas no interior ficam protegidos de variações de potencial externo e de campos elétricos estáticos ou de baixa frequência.

Resposta

a) Material isolante, haste metálica, esfera coletora e folhas finas, montados segundo o “algoritmo” descrito no passo 2.
b) O forno gera um campo \mathbf{E}(t) oscilante que faz girar moléculas polares ( \mathbf{p}), gerando calor por atrito molecular.
c) O condutor em equilíbrio impede \mathbf{E} interno ( \mathbf{E}=0) e mantém V constante, pois cargas livres na superfície cancelam o campo externo.

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