Detectores de fumaça baseados em ionização funcionam como se fossem um “nariz eletrônico”, acusando a presença de moléculas incomuns (fumaça) em seu interior. Dentro do aparelho, conforme esquematizado na figura, existe uma câmara de ionização aberta para o ar (1) e preenchida com íons (2) formados pelos choques das moléculas do ar com as partículas emitidas pelo elemento químico amerício ¹²³₉₅Am(3). O amerício expele, no interior da câmara, pequenas partículas radioativas, chamadas partículas alfa, que são núcleos de átomos de . Com o choque, são formados cátions e elétrons, que transitam em direções opostas entre dois eletrodos. Enquanto houver cátions e elétrons se movendo no interior da câmara, uma corrente se estabelece entre os eletrodos no circuito (4) e, por se considerar que tudo estábem, o alarme (5) permanece em silêncio.

Entretanto, se um incêndio acontecer, partículas de fumaça entram no detector e começam a obstruir a câmara de ionização (6). As partículas de fumaça se prendem aos íons, e o circuito no detector acusa essa mudança imediatamente (7), acionando o alarme (8). Assim que o incêndio é controlado, e a fumaça é removida, a câmara de detecção fica limpa, os íons voltam a se deslocar entre os eletrodos como antes, o circuito é desligado e o alarme para de tocar.

O sensor percebe a fumaça quando ela interrompe o(a)

A) fissão nuclear do gás hélio.

B) passagem de corrente elétrica.

C) transmutação das moléculas do ar.

D) decaimento radioativo do amerício.

E) fusão nuclear entre o hélio e o amerício.

Resolução em texto

Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Física (Eletricidade, Radioatividade) e Química (Ions, Partículas Alfa)

Nível da Questão: Médio

Gabarito: B

Tema/Objetivo Geral: Entender como um detector de fumaça por ionização detecta a presença de fumaça ao interromper a corrente elétrica na câmara de ionização.

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Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo

📌 Retomada do Comando:
A questão descreve um detector de fumaça baseado em ionização, no qual há uma câmara contendo íons gerados pela radioatividade do amerício. Em condições normais, esses íons geram uma corrente elétrica entre dois eletrodos. Quando há fumaça, as partículas de fumaça se aderem aos íons, interrompendo a corrente e acionando o alarme.

🔹 Explicação Detalhada:
Precisamos identificar o que, especificamente, o sensor “percebe” ao detectar a fumaça. O enunciado explica que a fumaça altera a movimentação dos íons entre os eletrodos, interrompendo a passagem de corrente, o que dispara o alarme.

📌 Identificação de Palavras-Chave:

• Amerício (fonte de partículas alfa)
• Ionização do ar (cátions e elétrons)
• Corrente elétrica entre eletrodos
• Partículas de fumaça que se aderem aos íons
• Interrupção da corrente

📌 Definição do Objetivo:
Mostrar que o detector acusa a presença de fumaça quando a corrente elétrica é interrompida na câmara de ionização.

“Agora que o comando foi analisado e o objetivo definido, vamos abordar os conceitos e conteúdos necessários.”

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Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários

📌 Conceitos Teóricos Essenciais:

1. Ionização pelo Amerício (Radioatividade):
   • O amerício (²⁴¹Am, por exemplo) emite partículas alfa (núcleos de hélio).
   • Essas partículas colidem com as moléculas do ar, gerando íons positivos (cátions) e elétrons (ânions).
2. Formação de Corrente Elétrica:
   • Dentro da câmara, há dois eletrodos com uma diferença de potencial aplicada.
   • Os íons positivos migram para o eletrodo negativo e os elétrons (ou íons negativos) migram para o eletrodo positivo, gerando uma corrente estável.
3. Efeito da Fumaça:
   • Quando a fumaça entra, suas partículas se aderem aos íons e neutralizam sua carga ou impedem seu fluxo.
   • Consequentemente, a corrente diminui ou se interrompe.
   • O circuito detecta essa queda de corrente, acionando o alarme.

📌 Definições Importantes:

• Partículas alfa: Núcleos de hélio (He²⁺), constituídos por 2 prótons e 2 nêutrons.
• Corrente Elétrica: Fluxo de cargas (íons ou elétrons) em um circuito.

“Com os conceitos bem estabelecidos, vamos agora interpretar o texto da questão.”

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Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto

📌 Análise do Contexto:

• O amerício ioniza o ar, gerando cátions e elétrons que se movem entre dois eletrodos.
• Essa movimentação de cargas cria uma corrente elétrica constante, indicando que o detector está “limpo”.
• A fumaça adere aos íons, reduzindo ou interrompendo a corrente, o que é imediatamente detectado pelo circuito, disparando o alarme.

📌 Identificação de Frases-Chave:

• “Enquanto houver cátions e elétrons se movendo no interior da câmara… o alarme permanece em silêncio.”
• “As partículas de fumaça se prendem aos íons, e o circuito… acusa essa mudança… acionando o alarme.”

📌 Relação com o Conteúdo de Eletricidade:

• A corrente no detector é mantida pela ionização constante do ar. A fumaça atrapalha esse fluxo de íons, interrompendo a corrente.

“Agora que o texto foi interpretado, vamos desenvolver o raciocínio e, se necessário, cálculos ou explicações técnicas para a resolução completa.”

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Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio

📌 Resolução Detalhada:

1. Câmara de Ionização:
   • Contém o elemento radioativo (amerício), que emite partículas alfa.
   • As moléculas de ar são ionizadas, gerando cátions e elétrons.
2. Corrente Elétrica:
   • Sob condições normais (sem fumaça), esses íons fluem para eletrodos opostos, gerando uma corrente estável.
   • O detector monitora esse fluxo de corrente.
3. Papel da Fumaça:
   • Quando a fumaça entra na câmara, as partículas de fumaça se ligam aos íons, tornando-os incapazes de se deslocar livremente.
   • Assim, o fluxo de cargas (corrente) diminui ou cessa.
4. Acionamento do Alarme:
   • O circuito detecta a queda da corrente elétrica.
   • Essa alteração dispara o alarme de incêndio.

📌 Explicação da Lógica Física:

• O detector é basicamente um sensor de corrente gerada por ionização.
• Qualquer interferência que reduza o número de íons livres interrompe o fluxo de corrente, sendo interpretada como fumaça.

“Com o raciocínio desenvolvido, vamos agora analisar as alternativas apresentadas.”

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Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução

1. (A) Fissão nuclear do gás hélio
   ❌ Partículas alfa são núcleos de hélio, mas não há fissão nuclear do hélio acontecendo no detector.
2. (B) Passagem de corrente elétrica
   ✅ A fumaça impede o movimento dos íons, interrompendo a corrente, o que o sensor detecta.
3. (C) Transmutação das moléculas do ar
   ❌ Não ocorre transmutação; há apenas ionização do ar, e a fumaça não interrompe “transmutação” alguma.
4. (D) Decaimento radioativo do amerício
   ❌ O amerício continua decaindo emitindo partículas alfa. A fumaça não afeta o decaimento em si.
5. (E) Fusão nuclear entre o hélio e o amerício
   ❌ Não ocorre fusão nuclear no detector; isso seria um processo muito mais complexo e de alta energia.

“Finalmente, vamos concluir a resolução com um resumo e a justificativa final.”

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Passo 6: Conclusão e Justificativa Final

📌 Resumo do Raciocínio:

• O sensor de fumaça ioniza o ar com partículas alfa.
• Em condições normais, há uma corrente elétrica gerada pelos íons.
• A fumaça adere aos íons, interrompendo esse fluxo de cargas, o que o sensor detecta e, consequentemente, dispara o alarme.

📌 Reafirmação da Alternativa Correta:
B (passagem de corrente elétrica) é a resposta correta, pois a fumaça interrompe esse fluxo de íons, sinalizando a presença de fumaça.

🔍 Resumo Final:
O detector percebe a fumaça quando ela interrompe a passagem de corrente elétrica gerada pelos íons na câmara de ionização, confirmando a alternativa B.