Questão 79 — ENEM 2016 PPL

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Eletrostática (campo elétrico e ruptura dielétrica do ar)
• ⚡ Nível: Médio — não exige cálculo, mas cobra diferenciação conceitual precisa entre campo elétrico, corrente elétrica, resistividade e força eletromotriz.
• 🎯 Tema/Habilidade: Formação de raios a partir do campo elétrico gerado pelo acúmulo de cargas nas nuvens (Competência de área 5 — fenômenos eletromagnéticos e suas aplicações).
• 🏆 Gabarito: D — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual grandeza física, ao crescer em intensidade, é a causa direta das descargas elétricas (raios) entre nuvens e solo?"
• Palavras-chave decisivas: acúmulo de cargas, polarização oposta, aumento da intensidade
• Armadilha típica: confundir a causa do raio (o campo elétrico que se intensifica antes da descarga) com sua consequência (a corrente elétrica que só passa a existir depois que o ar se torna condutor).
• O que a resposta precisa demonstrar: entendimento de que a separação de cargas cria uma diferença de potencial entre duas regiões — logo, um campo elétrico — e que esse campo, ao ultrapassar um valor crítico, rompe a rigidez dielétrica do ar e provoca a descarga.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Campo elétrico: grandeza vetorial que descreve a força por unidade de carga em uma região do espaço; surge sempre que existem cargas de sinais opostos separadas por uma distância, como ocorre entre a base da nuvem e o solo.
• Rigidez dielétrica do ar: valor máximo de campo elétrico que o ar suporta sem se tornar condutor (da ordem de 3×10⁶ V/m em condições normais, mas bem menor dentro de uma tempestade, por causa da umidade e da turbulência). Acima desse limite, o ar se ioniza.
• Indução eletrostática: processo pelo qual uma carga (a base da nuvem) induz cargas de sinal oposto em um corpo próximo (o solo), como o próprio enunciado descreve ao dizer que o acúmulo de cargas "induz uma polarização oposta no solo".
• Corrente elétrica: fluxo ordenado de cargas que só se estabelece depois que um canal ionizado (condutor) já existe entre a nuvem e o solo — é efeito do raio, não sua causa.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "acúmulo de cargas elétricas positivas ou negativas" → mostra que, dentro da nuvem, o atrito entre cristais de gelo e gotículas de água, movimentados por correntes de ar ascendentes e descendentes, separa cargas: a base da nuvem tende a concentrar carga negativa e o topo, carga positiva.
• Evidência 2: "que induz uma polarização oposta no solo" → confirma que existe uma diferença de potencial entre nuvem e solo, ou seja, um campo elétrico atuando na região entre eles, com o solo adquirindo carga induzida de sinal contrário ao da base da nuvem.
• Síntese: o texto descreve, passo a passo, exatamente o mecanismo de formação de um campo elétrico cada vez mais intenso entre a nuvem e a superfície terrestre. É esse campo, ao superar a rigidez dielétrica do ar, que desencadeia a descarga — o raio.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Origem da separação de cargas

Dentro da nuvem de tempestade (cumulonimbo), colisões entre partículas de gelo e gotículas de água, impulsionadas por fortes correntes de ar, separam cargas elétricas: íons negativos tendem a se acumular na base da nuvem, enquanto cargas positivas se concentram no topo. Esse processo é justamente o "acúmulo de cargas elétricas positivas ou negativas" citado no enunciado.

Subpasso 4.2 — Formação e crescimento do campo elétrico

A base negativa da nuvem induz, por indução eletrostática, um excesso de cargas positivas na superfície do solo logo abaixo — a "polarização oposta no solo". Com isso, formam-se duas regiões de cargas opostas (nuvem e solo) separadas por uma distância d, o que configura um campo elétrico entre elas, de módulo aproximado E = ΔV/d. À medida que mais cargas se acumulam na nuvem, a diferença de potencial ΔV cresce e, consequentemente, a intensidade do campo elétrico E também aumenta continuamente.

Subpasso 4.3 — Ruptura dielétrica e disparo da descarga

Quando esse campo elétrico ultrapassa a rigidez dielétrica do ar, os elétrons livres presentes no ar são acelerados com energia suficiente para arrancar outros elétrons de moléculas vizinhas, gerando uma avalanche de ionização. Forma-se, assim, um canal de ar ionizado (plasma) altamente condutor — o chamado "líder escalonado". É somente por esse canal já ionizado que a corrente elétrica passa a fluir, caracterizando o raio propriamente dito, que pode ser descendente (nuvem → solo), ascendente (solo → nuvem) ou ocorrer entre nuvens vizinhas.

Subpasso 4.4 — Verificação

O enunciado afirma que as descargas ocorrem "por causa do acúmulo de cargas elétricas... que induz uma polarização oposta no solo". Esse acúmulo progressivo é exatamente o que faz crescer o campo elétrico entre nuvem e solo até atingir o valor de ruptura do ar. Logo, a grandeza cuja intensidade aumenta e desencadeia diretamente a descarga é o campo elétrico, e não corrente, magnetismo, resistividade ou força eletromotriz.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) campo magnético da Terra.

❌ Incorreta: o campo magnético terrestre é praticamente constante e não tem relação com o acúmulo de cargas nas nuvens. Um campo magnético só surge como efeito indireto da corrente elétrica que passa a existir durante o raio — é consequência, não causa da descarga.

B) corrente elétrica gerada dentro das nuvens.

❌ Incorreta: a corrente é o resultado do raio, o fluxo de cargas que só existe depois que o canal de ar ionizado já se formou. Não há uma corrente "aumentando" antes da descarga — o que aumenta antes é o campo elétrico; a corrente é praticamente instantânea e ocorre só no momento da ruptura.

C) resistividade elétrica do ar entre as nuvens e o solo.

❌ Incorreta: o raciocínio está invertido. Para o raio ocorrer, a resistividade do ar precisa diminuir — é a ionização que transforma o ar isolante em condutor. Um aumento de resistividade dificultaria a passagem de corrente e impediria a descarga, não a causaria.

D) campo elétrico entre as nuvens e a superfície da Terra.

✅ Correta: é o crescimento contínuo do campo elétrico — gerado pelo acúmulo de cargas na base da nuvem e pela polarização induzida no solo — que, ao ultrapassar a rigidez dielétrica do ar, ioniza o meio e desencadeia a descarga elétrica.

E) força eletromotriz induzida nas cargas acumuladas no solo.

❌ Incorreta: força eletromotriz (fem) é a grandeza associada a fontes que mantêm diferença de potencial em um circuito fechado, como pilhas ou geradores. A polarização do solo é um fenômeno de indução eletrostática, que se traduz em campo elétrico, não em fem de circuito.

🏆 Gabarito: D — o aumento do campo elétrico entre nuvens e solo, resultante do acúmulo de cargas opostas, é a causa direta da ruptura dielétrica do ar e da consequente descarga elétrica.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: entre as cinco grandezas citadas, apenas o campo elétrico é a causa física que aumenta progressivamente até provocar a ionização do ar; todas as demais alternativas descrevem efeitos posteriores ao raio ou conceitos aplicáveis a circuitos elétricos fechados, não a fenômenos atmosféricos de indução.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma explorar a eletrostática por meio de fenômenos naturais e tecnológicos do cotidiano — raios, para-raios, gaiola de Faraday, eletrização por atrito/indução — sempre testando se o candidato distingue causa (campo elétrico, diferença de potencial) de efeito (corrente, ionização, luminosidade).
• Generalização: sempre que um enunciado descrever acúmulo ou separação de cargas gerando polarização induzida em outro corpo, a grandeza física central da situação é o campo elétrico entre essas cargas.
• Dica de eliminação rápida: elimine de cara o campo magnético (não há corrente antes do raio para gerá-lo) e a resistividade (ela precisaria diminuir, não aumentar, para permitir a descarga); entre as três restantes, lembre que corrente e força eletromotriz são efeitos de circuito que só aparecem depois da ruptura do ar — sobra o campo elétrico como única causa coerente.
• Conexões: o mesmo modelo de campo elétrico entre placas com cargas opostas (E = ΔV/d) aparece em capacitores de placas paralelas; o funcionamento do para-raios, por sua vez, explora o poder das pontas para escoar cargas e reduzir localmente a intensidade desse campo.