Radiação alfa (
): também chamada de partículas alfa ou raios alfa, são partículas carregadas por dois prótons e dois nêutrons, sendo, portanto, núcleos de hélio. Apresentam carga positiva +2 e número de massa atômica 4.
Em dado experimento um estudante incidiu, durante 40 segundos, um feixe de partículas alfa em uma esfera A, condutora, inicialmente neutra. Esta esfera A recebeu deste feixe uma dose de 4375 .
partículas alfa por segundo, e então foi deixada em um suporte isolante.
Em seguida este estudante, por meio de um bastão isolante, trouxe e encostou momentaneamente em
uma esfera
, neutra e de mesmos formatos, material e dimensão. Concomitante a estes processos, outro estudante preparava uma esfera C, idêntica às demais, da qual foram retirados elétrons por meio do efeito fotoelétrico. Em seu experimento, o estudante foi capaz de medir quantos elétrons eram retirados da esfera, chegando a um valor de 20,00 • 10
portadores de carga removidos.
Finalmente, após todos estes procedimentos, quando ambas as esferas A e C forem colocadas em contato, e então separadas por uma distância de 40 cm , qual será a Força elétrica com a qual elas irão se repelir?
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. A gente tem um experimento com partículas alfa (que são núcleos de hélio, com carga positiva de +2 e número de massa 4). Um estudante dispara essas partículas em uma esfera condutora A por 40 segundos, com uma certa quantidade de partículas por segundo. Depois, ele toca uma segunda esfera B, que é igual à A e inicialmente neutra. Paralelamente, outro estudante retira elétrons de uma terceira esfera C usando o efeito fotoelétrico. No final, precisamos descobrir qual é a força elétrica que as esferas A e C vão exercer uma sobre a outra quando separadas por 40 cm.
Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos de cargas elétricas, transferência de carga entre condutores, e a Lei de Coulomb para calcular a força elétrica entre duas cargas. Vamos seguir passo a passo para entender tudo direitinho.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular quantas partículas alfa atingiram a esfera A durante os 40 segundos. Sabemos que a taxa é de 4375 × 10¹² partículas por segundo.
Cada partícula alfa carrega uma carga de +2 vezes a carga elementar (
), que é aproximadamente
C.
Passo 3
Agora, vamos calcular a carga total que a esfera A recebeu:
Então, a esfera A ficou com uma carga de
coulombs positivos.
Passo 4
Em seguida, o estudante toca a esfera B com a esfera A. Como elas são idênticas e inicialmente B é neutra, a carga será distribuída igualmente entre as duas esferas.
Agora, tanto a esfera A quanto a esfera B têm uma carga de
coulombs cada.
Passo 5
Paralelamente, a esfera C teve 20,00 × 10¹⁶ elétrons removidos. Cada elétron tem carga de
C. Como elétrons foram removidos, a esfera C ficará com carga positiva.
Então, a esfera C tem uma carga de
coulombs positivos.
Passo 6
Agora, queremos saber a força elétrica entre a esfera A (com carga
C) e a esfera C (com carga
C) quando elas estão separadas por 40 cm (0,4 metros).
Vamos usar a Lei de Coulomb, que diz que a força elétrica entre duas cargas é:
Onde:
-
é a constante de Coulomb ( ) -
e são as cargas das esferas -
é a distância entre elas
Passo 7
Substituindo os valores na fórmula:
Calculando passo a passo:
Resposta
A força elétrica com que as esferas A e C irão se repelir quando separadas por 40 cm é de aproximadamente
newtons.