Em museus de ciências, é comum encontrarem-se máquinas que eletrizam materiais e geram intensas descargas elétricas. O gerador de Van de Graaff (Figura 1) é um exemplo, como atestam as faíscas (Figura 2) que ele produz. O experimento fica mais interessante quando se aproxima do gerador em funcionamento, com a mão, uma lâmpada fluorescente (Figura 3). Quando a descarga atinge a lâmpada, mesmo desconectada da rede elétrica, ela brilha por breves instantes. Muitas pessoas pensam que é o fato de a descarga atingir a lâmpada que a faz brilhar. Contudo, se a lâmpada for aproximada dos corpos da situação (Figura 2), no momento em que a descarga ocorrer entre eles, a lâmpada também brilhará, apesar de não receber nenhuma descarga elétrica.
Questão 50 do ENEM 2014 — Ciências da Natureza
ENEM 2014Ciências da Natureza2ª aplicação
A
B
Resposta correta
C
D
E
Gabarito oficial: alternativa B
Resolução comentada
Para entender esse fenômeno, precisamos analisar o que faz uma lâmpada fluorescente brilhar e como o gerador de Van de Graaff interage com ela à distância.
Uma lâmpada fluorescente é preenchida com um gás a baixa pressão (como argônio e vapor de mercúrio). Para que ela emita luz, é necessário que os elétrons livres dentro do tubo sejam acelerados. Esses elétrons colidem com os átomos do gás, transferindo energia e deixando-os em um estado excitado. Quando os elétrons desses átomos retornam ao seu estado de menor energia, eles liberam a energia extra na forma de luz (fótons).
Normalmente, essa aceleração dos elétrons é provocada pela tensão da rede elétrica, que estabelece um campo elétrico dentro da lâmpada. No entanto, o experimento descrito no enunciado mostra a lâmpada brilhando sem estar conectada à tomada e sem ser tocada pela faísca.
Como essa interação ocorre à distância?
O gerador de Van de Graaff acumula uma grande quantidade de cargas elétricas em sua cúpula. A presença dessas cargas gera ao seu redor uma região de influência chamada de campo elétrico (). Quando a lâmpada é aproximada, esse campo elétrico intenso permeia o espaço e atua sobre o gás no interior do tubo. No momento em que ocorre a descarga elétrica entre as esferas do gerador, há uma variação abrupta e muito intensa desse campo elétrico na região ao redor. É a força elétrica exercida por esse campo que acelera os elétrons livres dentro da lâmpada, provocando a ionização do gás, as colisões e a consequente emissão de luz.
Vamos analisar as alternativas para confirmar:
- A) carga elétrica: Incorreta. Não há transferência direta de cargas do gerador para a lâmpada, pois ela não é atingida pela faísca.
- B) campo elétrico: Correta. É a grandeza física que atua à distância, transmitindo a influência elétrica do gerador até o gás no interior da lâmpada.
- C) corrente elétrica: Incorreta. Embora se forme uma breve corrente dentro da lâmpada, ela é a consequência da ação do campo elétrico, e não a grandeza que atua através do espaço entre o gerador e a lâmpada.
- D) capacitância elétrica: Incorreta. É a propriedade geométrica e material de um sistema de armazenar cargas elétricas.
- E) condutividade elétrica: Incorreta. É uma propriedade dos materiais que indica a facilidade de conduzir corrente elétrica.
Portanto, a grandeza responsável por induzir o brilho na lâmpada à distância é o campo elétrico.
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Fonte: prova oficial do ENEM 2014 (INEP). Resolução comentada pela equipe do Alvo ENEM.