Os raios são descargas elétricas que ocorrem na atmosfera durante as trovoadas.
Questão:
Considere que, quando se estabelece uma diferença de potencial de $3,0 \times 10^{7} \mathrm{~V}$ entre uma nuvem e a superfície da Terra, se forma um raio, de potência $1,0 \times 10^{12} \mathrm{~W}$, constituído por eletrões que se deslocam da nuvem para a Terra e que demoram $0,10 \mathrm{~s}$ a atravessar uma dada secção reta da sua superfície.
A carga do eletrão é $1,6 \times 10^{-19} \mathrm{C}$.
Determine a ordem de grandeza do número de eletrões que atravessam a superfície da Terra nesta descarga elétrica.
Apresente todos os cálculos efetuados.
Fonte: IAVE
Fonte: IAVE
Resolução do Exercício:
Conhecendo a potência do raio, assim como a diferença de potencial da diferença de potencial da nuvem e a superfície terrestre é possível calcular a corrente elétrica do raio.
$$P=U I \Leftrightarrow 1,0 \times 10^{12}=3,0 \times 10^{7} I\Leftrightarrow I \approx 3,33 \times 10^{4} \mathrm{A}$$
A corrente elétrica deste raio trata-se da carga transportada por este por unidade de tempo.
$$I=\frac{Q}{\Delta t}\Leftrightarrow 3,33 \times 10^{4}=\frac{Q}{0,10}\Leftrightarrow Q=3,33 \times 10^{3} \mathrm{C}$$
Assim sendo, a carga total transportada pelo raio é de $3,33 \times 10^{3}$ coulombs. Sendo que a carga transporta por cada eletrão é conhecida é possível calcular o número de eletrões que atravessam a superfície nesta descarga elétrica.
$$N_{\mathrm{e^{-}}}=\frac{Q}{Q / e^{-}}=\frac{3,33 \times 10^{3}}{1,6 \times 10^{-19}} \approx 2,08 \times 10^{22} \text {eletrões}$$
Resposta: A ordem de grandeza deste número de eletrões é $10^{22}$.
Fonte: Mestre Panda