Prova de Física 2 - Cargas Elétricas e Interações - Licenciatura em Química

Licenciatura em Química 2º semestre2023 Física 2 Professor Clewton Atividade Avaliativa em dupla Prova 1 P1 Autoavaliação individual e avaliação da componente curricular Valor P1 100 pontos 10 extra e Autoavaliação 10 extra Observações Esta atividade avaliativa deve ser entregue uma por dupla até o dia 1309 Vocês poderão utilizar nossas quatro aulas do dia 1109 para esta atividade lembrando que não teremos aula expositiva neste dia Qualquer dúvida referente a esta atividade vocês podem me mandar um email clewtonfonsecaifspedubr e marcamos um atendimento remoto ou presencial A Autoavaliação e Avaliação da componente curricular vocês devem fazer individualmente no Moodle até o dia 1509 É só acessar o ambiente e responder as perguntas do questionário chamado Autoavaliação e Avaliação da componente curricular parte 1 httpsmoodlecmpifspedubrmodquizviewphpid90140 Você está recebendo uma folha em branco para usar como rascunho ou espaço extra para raciocínios cálculos respostas etc pertinentes às questões desta avaliação Nomes 01 20 Um corpo possui 8 10¹³ prótons e 3 10¹³ elétrons Considerando a carga elementar igual a 16 10¹⁹ C este corpo está a carregado negativamente com uma carga igual a 5 10¹⁹ C b carregado positivamente com uma carga igual a 8 C c carregado positivamente com uma carga igual a 8 μC d carregado negativamente com uma carga igual a 8 μC e carregado positivamente com uma carga igual a 5 10¹⁹ C Obs Marque a alternativa correta e demonstre seus cálculos eou raciocínio 02 50 290 g de cloreto de sódio NaCl são colocados em solução aquosa se separando em íons Na e Cl Considere a massa atômica do sódio igual a 23 uma e a massa do cloro igual a 35 uma uma unidade de massa atômica a Qual é a carga elétrica negativa total em coulombs nessa solução b Qual é a carga elétrica positiva total em coulombs nessa solução Agora considere apenas a interação entre dois desses íons um de Na e outro de Cl distantes 10 cm um do outro nessa solução c Qual é a carga elétrica em coulombs de cada um deles d A força eletrostática entre eles é de atração ou repulsão Justifique sua resposta e Para calcular essa força podemos usar a Lei de Coulomb Então precisaremos do valor da constante eletrostática do meio onde as cargas estão no caso na água kágua Pesquise e indique esse valor com as unidades do sistema padrão SI Esse valor é maior ou menor que o valor dessa constante para o vácuo k₀ Apresente uma hipótese para a diferença entre o valor do kágua e do k₀ f Determine a intensidade da força elétrica entre esses dois íons g Desprezando a massa dos elétrons qual é a massa de cada um desses íons em kg Use a lei de Newton da atração gravitacional para determinar a força de atração gravitacional entre essas duas massas os íons Na e Cl distantes 10 cm um do outro h Através da razão entre a força elétrica e a força gravitacional faça uma comparação quantitativa entre as intensidades dessas duas forças Obs Vocês podem usar como referência os exercícios resolvidos exemplos 211 e 212 nas páginas 10 11 e 12 do livro texto 03 40 No átomo de hidrogênio há um próton e um elétron Num modelo atômico simples o modelo de Bohr podemos considerar que o elétron se movimenta numa órbita circular com velocidade v em torno do próton que é o núcleo do átomo de Hidrogênio como mostrado na figura ao lado O raio da trajetória circular distância entre o próton e o elétron na órbita fundamental primeira órbita permitida é conhecido como raio de Bohr rB e vale aproximadamente 5 10¹¹ m Considerando o conteúdo estudado até aqui e esse modelo atômico simplificado de Bohr responda as questões a seguir Dados e 16 10¹⁹C carga elétrica elementar Carga elétrica do próton e Carga elétrica do elétron e Constante eletrostática do meio k 9 10⁹ Nm²C² a A força elétrica entre o próton e o elétron é de atração ou repulsão Justifique a sua resposta e indique no desenho acima essa força sobre o elétron b Calcule a intensidade dessa força sobre o elétron na órbita fundamental c Em modelos de forças centrais atuando sobre corpos em trajetórias circulares podemos relacionar a velocidade da órbita com a força resultante da seguinte forma Fc m v² r onde Fc é a intensidade da força central em N m é a massa em kg do corpo em órbita v é a velocidade em ms da órbita e r é o raio da trajetória circular em m Considerando a massa do elétron igual a 9 10³¹ kg determine o valor aproximado da velocidade do elétron na órbita fundamental em torno do núcleo no átomo de hidrogênio Questão 1 np 81013 prótons ne elétrons 31013 e 161019 C Carga Total Q enp ene e np ne Q 161019 81013 31013 161019 51013 Q 16 5 106 8106 C Q 8 μC Letra c Questão 2 290 de NaCl MMNa 23 MMCl 35 MM NaCl 23 35 58 uma n mMM 29058 5 mols a Cada Cl tem 1 elétron portanto em 5 mols teremos Q enA 161019 5 6021023 Q 4816104 C b Uma vez que temos a mesma quantidade de Na e Cl e sabendo que cada Na tem a carga de 1 próton e Q 4816104 C c Na Cl 10 cm QNa e 161019 C QCl e 161019 C Rascunho Espaço extra para raciocínios cálculos respostas etc Nomes d Determine o campo elétrico e o potencial elétrico gerado pelo núcleo em um ponto distante rB dele e Determine a energia potencial EP elétrica a energia cinética EC e a energia mecânica energia total EM EP EC do elétron nessa órbita fundamental Dê sua resposta em joules J e em eV elétronvolt Lg e Igual ao número de elétrons f O raio da nésima órbita rn no modelo atômico de Bohr é dado por rn n2 rB No mesmo caminho que vocês seguiram do item b até o item e determine a energia total EM EP EC do elétron na 2ª órbita do átomo de hidrogênio no modelo de Bohr g A energia do elétron na 2ª órbita é maior ou menor que na órbita fundamental Se um elétron migra da órbita fundamental para a 2ª órbita ele ganha ou perde energia Se um elétron migra da 2ª órbita para a primeira ele ganha ou perde energia d Como temos duas cargas de sinais diferentes a força elétrica será atrativa Na ce e No vácuo K0 8987109 Nm2C2 Na Água KH2O 11108 Nm2C Vemos que K0 KH2O isso pode ser justificado uma vez que diferente do vácuo a água é um meio constituído por átomos e o efeito das interações eletromagnéticas com os mesmos atrapalha a ação da Lei de Coulomb f Força elétrica Fₑ KQ1Q2r² r 10 cm 101 m Q1 Q2 161019 C F 89109 1610192 1012 1424109 1038 102 F 1424 1031 N g Unidade de massa atômica 1661027 Kg mNa 23 1661027 Kg mce 35 1661027 Kg Força gravitacional Fg Gm1m2 d² d 101 m G 6671011 Fg 6671011 23 1661027 35 1661027 1012 Fg 14795103 1011 1027 1027 102 1481060 N Fel Fg 1424 1031 148 1060 1424 148 103160 11029 Há uma diferença de 29 ordens de grandeza entre as duas forças Nesta escala a força elétrica é absurdamente maior Questão 3 rB 5 1011 e 16 1019 C K 9 109 Nm2C2 a b Fel K e2 rB2 9 109 16 10192 5 10112 9 109 256 1038 25 1022 Fel 09216 107 9 216 108 N c Fc m v2 rB me 9 1031 m v2 rB K e2 rB2 v2 K e2 m rB 9 109 256 1038 9 1031 5 1011 v2 0512 109 1038 1031 1011 0512 1013 v2 512 1012 v 512 1012 v 226 106 ms d Campo elétrico E KE rB2 E 9 109 16 1019 5 10112 288 1010 5 1022 E 576 1011 NC Potencial elétrico V KE rB E rB V 9 109 16 1019 5 1011 288 10 288 V e Ec m v2 2 9 1031 512 1012 2 2304 1019 J Energia Cinética Ep e V 16 1019 288 4608 1019 J Energia Potencial Elétrica Em Ec Ep 2304 4608 1019 J Em 6912 1019 J ou Em 6912 1019 16 1019 432 eV f rn n2 rB n 2 Fz K e2 rn2 KE2 n4 rB F1 n4 9216 108 24 Fz 0576 108 N v22 F rn m 0576 108 22 5 1011 9 1031 v22 512 1012 v2 226 106 ms 113 ms 106 Ez KE rn2 KE n2 rB E1 n4 576 1011 16 036 1011 36 1010 NC V2 KE rn KE n2 rB V1 n2 288 4 72 Em2 e V2 m v22 2 16 1019 72 9 1031 128 1012 1152 1152 1019 2304 1019 J ou Em2 2304 1019 16 1017 144 eV EM1 432 eV EM2 144 eV EM1 EM2 Da primeira para a segunda órbita há uma perda de energia