(Unifesp-SP) Num livro de eletricidade você encontra três informações: a primeira afirma que isolantes são corpos que não permitem a passagem da corrente elétrica; a segunda afirma que o ar é isolante e a terceira afirma que, em média, um raio se constitui de uma descarga elétrica correspondente a uma corrente de 10000 ampères que atravessa o ar e desloca, da nuvem à Terra, cerca de 20 coulombs. Pode-se concluir que essas três informações são
a) coerentes, e que o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica é de 0,002 .
b) coerentes, e que o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica é de 2,0 \mathrm{~s}.
c) conflitantes, e que o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica é de 0,002 \mathrm{~s}.
d) conflitantes, e que o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica é de 2,0 \mathrm{~s}.

Passo 1

O enunciado dá três informações e pede que concluamos se elas são coerentes ou conflitantes e que calculemos o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica. Informações fornecidas:
  • A primeira: isolantes são corpos que não permitem a passagem de corrente elétrica.
  • A segunda: o ar é isolante.
  • A terceira: um raio, em média, corresponde a uma descarga elétrica com corrente de \,10000\\ \mathrm{A}\, que atravessa o ar e desloca, da nuvem à Terra, cerca de \,20\\ \mathrm{C}\, de carga.
    O que precisamos responder: as três informações são coerentes ou conflitantes? E qual é o intervalo de tempo médio da descarga?

Passo 2

Conceito básico que vamos usar — corrente elétrica e carga:
  • Corrente elétrica é a taxa de fluxo de carga elétrica. Matemáticamente definimos a corrente instantânea como \,I=\dfrac{dQ}{dt}\,, onde:
    • \,I\, é a corrente (em ampères, \mathrm{A});
    • \,Q\, é a carga elétrica (em coulombs, \mathrm{C});
    • \,t\, é o tempo (em segundos, \mathrm{s}).
  • Para uma corrente praticamente constante durante um intervalo, a relação integra-se para a forma simples
Q = I\,t,
onde \,Q\, é a carga total transferida no intervalo de tempo \,t\,.
  • Unidade: \,1\\ \mathrm{A} = 1\\ \mathrm{C/s}\,. Isso significa que uma corrente de \,1\\ \mathrm{A}\, desloca \,1\\ \mathrm{C}\, de carga por segundo.

Passo 3

Aplicando a fórmula para achar o tempo da descarga:
  • Temos \,Q=20\\ \mathrm{C}\, e \,I=10000\\ \mathrm{A}\,.
  • Usando \,Q = I\,t\,, isolamos o tempo:
t = \dfrac{Q}{I}.
  • Substituindo os valores:
t = \dfrac{20}{10000} = 0,002\\ \mathrm{s}.
  • Em unidades mais familiares, \,0,002\\ \mathrm{s} = 2\\ \mathrm{ms} (dois milissegundos).

Passo 4

Interpretação física e coerência das três informações:
  • A primeira afirmação é uma definição prática: um isolante é um material que, nas condições normais, não permite o fluxo de corrente elétrica significativo. Isso é uma idealização usada para diferenciar isolantes e condutores.
  • A segunda afirmação diz que o ar é isolante — isso é verdadeiro para o ar em condições normais (sem forte campo elétrico): o ar é um isolante porque não há portadores livres de carga suficientes para conduzir corrente.
  • A terceira afirmação descreve um fenômeno em que o ar deixa de ser isolante: durante um raio o campo elétrico entre nuvem e solo fica tão intenso que o ar se ioniza (gera íons e elétrons livres), transformando-se temporariamente em plasma condutor. Esse processo permite a passagem da grande corrente do raio.
  • Conclusão: não há contradição entre as três afirmações. Dizer que “o ar é isolante” e ao mesmo tempo falar que uma descarga elétrica atravessa o ar não é conflitante, porque a descarga ocorre quando o ar muda de estado (ioniza) devido ao forte campo. Logo, as três informações são coerentes.

Passo 5

Combinação dos resultados: calculamos o tempo médio da descarga \,t=0,002\\ \mathrm{s}\, e verificamos que as informações são coerentes. Agora compare com as alternativas: a alternativa (a) diz “coerentes, e que o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica é de \,0,002\\ \mathrm{s}\,”, que coincide com nosso resultado.

Resposta

(a)

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