No universo são observados grandes conglomerados de massa: Planetas, estrelas, cometas, buracos negros, etc. Explique/detalhe por que não existem grandes conglomerados de carga elétrica não neutra.
Passo 1
O enunciado pergunta por que, embora existam no universo objetos de grande massa (planetas, estrelas, cometas, buracos negros etc.), não se observam “conglomerados” de carga elétrica de sinal único e de grande magnitude. O conteúdo requerido envolve comparação entre a força gravitacional e a força eletrostática, além de conceitos de estabilidade em plasmas e blindagem (“shielding”) eletrostática.
Passo 2
Comparemos as intensidades das forças gravitacional e eletrostática entre duas partículas elementares de massa
e carga
. A força de Coulomb vale
enquanto a força de atração gravitacional é
O quociente entre elas independe de
e é
Para um par de prótons
,
temos
Ou seja, a força eletrostática é cerca de
vezes mais intensa que a força gravitacional.
Passo 3
Se um astro adquirisse um pequeno excesso de carga líquida, a repulsão eletrostática entre as parcelas carregadas rapidamente se tornaria colossal, muito maior do que a atração gravitacional que mantém a estrutura coesa. Assim, qualquer excesso de carga tenderia a ser expelido.
Passo 4
No meio interestelar e em estrelas, a matéria está em forma de plasma, onde cargas livres se movem. Num plasma existe o efeito de blindagem (Debye shielding): um excesso de carga positiva atrai elétrons de regiões vizinhas até neutralizar localmente o campo elétrico além de uma certa distância (o comprimento de Debye). Isso impede que grandes regiões permaneçam com carga líquida não nula.
Passo 5
Além disso, o potencial elétrico gerado por um grande corpo com carga
cresce como
Para valores de
mesmo modestos,
ultrapassaria a energia de ligação de elétrons ou íons, arrancando-os do corpo e conduzindo à neutralização.
Resposta
Não há grandes conglomerados de carga não neutra porque a força eletrostática (muito mais forte que a gravitacional) expeliria qualquer excesso de carga e o plasma circundante o neutralizaria via blindagem de Debye, mantendo astros praticamente neutros.