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.
A grandeza física associada ao brilho instantâneo da lâmpada fluorescente, por estar próxima a uma descarga elétrica, é o(a):
A) carga elétrica.
B) campo elétrico.
C) corrente elétrica.
D) capacitância elétrica.
E) condutividade elétrica.
Resolução em Texto
📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
Eletrostática e Eletromagnetismo (campos elétricos, ionização de gases, descarga)
📝 Tema/Objetivo Geral:
Investigar o fenômeno do brilho em lâmpadas fluorescentes quando expostas a descargas elétricas próximas, mesmo sem contato direto.
📊 Nível da Questão:
Médio — exige abstração sobre campos invisíveis e compreensão da interação entre campo elétrico e partículas carregadas.
🎯 Gabarito:
B) campo elétrico
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
⚡ O enunciado descreve um experimento em que uma lâmpada fluorescente, mesmo fora da tomada, acende momentaneamente quando aproximada de uma descarga elétrica gerada por um Gerador de Van de Graaff.
🔎 O que está sendo pedido?
Determinar qual grandeza física é responsável por fazer a lâmpada brilhar — mesmo sem contato direto com a descarga elétrica.
🎯 Objetivo cristalino:
Compreender que campos elétricos intensos gerados pelas descargas induzem movimentos de cargas livres dentro da lâmpada, que por sua vez geram luz visível.
⚠️ “Se a lâmpada não está sendo tocada pela faísca, como ela pode acender?”
💡 Porque campos elétricos intensos são capazes de ionizar o gás dentro da lâmpada e provocar excitação de elétrons, mesmo à distância.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
📌 Campo elétrico (E) é uma grandeza vetorial que expressa a influência elétrica que uma carga exerce ao seu redor, capaz de agir sobre outras cargas mesmo à distância.
📌 Uma lâmpada fluorescente contém um gás rarefeito (geralmente argônio e vapor de mercúrio). Quando submetido a um campo elétrico intenso, esse gás ioniza — ou seja, seus átomos perdem elétrons.
🔋 Esses elétrons ganham energia do campo e colidem com outros átomos, que ao retornarem ao estado fundamental, emitem fótons — é isso que produz o brilho visível da lâmpada.
📌 Esse fenômeno é indutivo, não depende de haver contato direto com a descarga, apenas da presença de um campo suficientemente forte.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
🔎 O texto destaca duas situações:
- A lâmpada acende quando a descarga atinge diretamente.
- A lâmpada também acende quando apenas está próxima da faísca, mesmo sem ser tocada.
📌 Isso evidencia que o brilho não depende da passagem de corrente ou da transferência de carga, mas sim de alguma influência elétrica à distância.
👉 Portanto, a grandeza responsável é aquela que atua mesmo sem contato direto: o campo elétrico.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
📌 Não há cálculo algébrico aqui, mas sim um raciocínio qualitativo:
- A lâmpada acende mesmo sem estar conectada nem tocada.
- A única forma de um efeito elétrico ocorrer à distância é pela presença de um campo elétrico forte.
- O campo gerado pela faísca do gerador de Van de Graaff ioniza o gás dentro da lâmpada.
- Esse processo cria corrente interna na lâmpada e gera luz — exatamente como se ela estivesse ligada.
🔋 Esse fenômeno é semelhante ao que ocorre em tempestades, quando campos elétricos intensos no céu ionizam o ar e geram descargas visíveis (raios).
Passo 5: Análise das Alternativas
A) carga elétrica
❌ Incorreta — não há transferência de carga elétrica direta para a lâmpada. O fenômeno é de indução, não de acúmulo ou troca de carga.
B) campo elétrico
✅ Correta — o campo elétrico intenso no entorno da descarga é o responsável por excitar os elétrons dentro da lâmpada e provocar o brilho.
C) corrente elétrica
❌ Incorreta — embora ocorra uma corrente interna momentânea na lâmpada, ela é consequência do campo elétrico, e não a causa do brilho.
D) capacitância elétrica
❌ Incorreta — capacitância é uma propriedade de corpos armazenarem carga. Não é ela que induz o brilho na lâmpada.
E) condutividade elétrica
❌ Incorreta — condutividade se refere à capacidade de conduzir corrente, mas o brilho é causado por ionização devido ao campo, e não por condução elétrica direta.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
🌟 O experimento mostra que não é preciso haver contato físico com a descarga elétrica para fazer uma lâmpada fluorescente brilhar. Isso só é possível porque o campo elétrico gerado pela descarga é intenso o suficiente para ionizar o gás no interior da lâmpada, causando emissão de luz.
✅ Gabarito confirmado: letra B
🔍 Resumo Final:
A lâmpada fluorescente acende ao ser exposta a um campo elétrico intenso, mesmo sem estar ligada ou tocada. O campo elétrico gerado pela descarga do gerador ioniza o gás em seu interior, fazendo com que elétrons sejam acelerados e emitam luz ao colidirem com os átomos — um exemplo clássico da ação de campos elétricos sobre partículas carregadas.
