Fisica III Eletridade e Magnetismo

Fisica III Eletridade e Magnetismo

(Parte 1 de 10)

Física I2007

Objetivos da disciplina Física I:

Levar o aluno a compreender os fenômenos gerados por cargas estáticas e suas interações.

Entender e analisar os efeitos produzidos pela passagem da corrente elétrica em componentes de circuitos de corrente contínua. Adquirir conhecimentos sobre os fenômenos magnéticos gerados pela corrente elétrica e por materiais magnéticos e suas aplicações em circuitos elétricos.

Programa da disciplina:

1. Carga elétrica: Lei de Coulomb. Campo elétrico. Potencial elétrico. 2. Corrente Elétrica: Resistividade. Resistência. Força eletromotriz. Potência elétrica. Resistores em série e em paralelo. Circuitos de corrente contínua. Leis de Kirchhoff. 3. Capacitância: Capacitores. Dielétricos. Capacitores em série e em paralelo. Circuitos R-C. 4. Magnetismo: Campo magnético. Força magnética. Torque. Movimento de cargas. 5. Fontes de Campo Magnético: Lei de Biot-Savart. Lei de Ampère. Aplicações da Lei de

Ampère. Fluxo Magnético. Corrente de deslocamento. 6. Indução Magnética: Lei de Faraday. Lei de Lenz. Força eletromotriz produzida pelo movimento. Campos elétricos induzidos. Correntes de Foucault. 7. Indutância: Indutância mútua. Indutores e auto-indutância. Energia do campo magnético. 8. Materiais Magnéticos: Paramagnetismo. Diamagnetismo. Ferromagnetismo.

Bibliografia mínima: YOUNG, H.D.; FREEDMAN, R.A. Física. São Paulo: Pearson, 2003, v. 3.

KELLER, F. J.; GETTYS, W. E.; SKOVE, M. J. Física. São Paulo: Makron Books, 1999, v. 2.

NUSSENZVEIG, H. M. Curso de Física Básica. São Paulo: Edgard Blucher, 2002, v. 3

HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1996. v. 3.

TIPLER, P.A. Física. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1999. v. 2.

HENNIES, C. E.; GUIMARÃES, W.O.N; ROVERSI, J.A. Problemas Experimentais em Física. Campinas-SP: UNICAMP, 1993. v. 1 e 2.

A Lei de Coulomb – Força elétrica

Cargas elétricas.

Grécia Antiga, 600 a.C., o âmbar quando atritado com a lã, adquiria a propriedade de atrair objetos leves.

Cargas semelhantes repelem-se; cargas diferentes atraem-se.

Prótons: carga elétrica positiva; elétrons: carga elétrica negativa.

Corpo elétricamente neutro: a soma algébrica das cargas positivas do núcleo e das cargas negativas dos elétrons cancelam-se.

Corpo eletrizado: objeto que perdeu ou recebeu elétrons.

Condutores e isolantes. Nos condutores, os elétrons livres, mais externos, se movem de uma região à outra, o que não ocorre nos isolantes.

Eletrização por atrito, por contato ou por indução.

Eletrização por indução:

Lei de Coulomb:

A interação elétrica entre duas partículas eletrizadas é descrita em termos das forças que elas exercem mutuamente. O módulo da força elétrica que a carga 1 exerce na carga 2, separadas por uma distância r, é dado por:

q kF onde F= força de atração ou repulsão entre as cargas, em newtons (N). k=8,98755.109 N.m2.C-2 9,0.109 N.m2.C-2 = constante eletrostática.

q1, q2 = carga elétrica da partícula, em coulomb (C). r=distância entre as cargas elétricas, em metros (m).

A equação pode ser expressa, também, da seguinte forma:

r qq4

onde

Coulomb: 1 C é a quantidade de carga que passa pela área da seção transversal de um fio condutor em 1 segundo, quando circula pelo condutor uma corrente elétrica de 1 A.

Se várias forças atuam sobre uma carga elétrica, a força resultante sobre ela é determinada através da soma vetorial de todas as forças:

FF

O Campo Elétrico

Campo, de uma maneira geral, é uma grandeza que pode ser associada à posição. Exemplo: a temperatura do ar em uma sala tem um valor específico em cada ponto.

Campos vetoriais: grandezas vetoriais definidas em cada ponto do espaço. A velocidade do vento na atmosfera terrestre e o campo gravitacional da Terra são exemplos de campos vetoriais.

Campo elétrico é a região de influência de uma carga elétrica, manifestada através da força elétrica que atua sobre uma carga de teste colocada neste campo. Define-se o campo elétrico E , no ponto P, como a força F exercida pela carga q sobre a carga de teste q0, dividida por q0.

O campo elétrico no ponto P:
Módulo do campo elétrico para uma carga puntiforme:

Campo elétrico resultante num ponto P, devido ao campo elétrico de N cargas geradoras:

r r

EE

A unidade de campo elétrico, no S.I., é o newton por coulomb (N/C).

E (N/C)E (N/C)

Exemplos de Campos Elétricos

Nos condutores elétricos domésticos 10 -2 Num tubo de imagem de TV 105

Nas ondas de rádio 10 -1 No cilindro carregado de uma copiadora 105

Na baixa atmosfera 102 Num tubo de raios X 106

Na luz do sol 10 3 Rigidez dielétrica do ar 3x106

Próximo a um pente de plástico carregado 103 No elétron de um átomo de hidrogênio 6x1011

Numa nuvem de tempestade 104 Na superfície de um núcleo de urânio 2x1021

Num raio 104

Linhas de Campo Elétrico

As linhas de campo elétrico constituem um auxílio para visualizar o campo. A linha de campo é traçada de tal maneira que sua direção e sentido em qualquer ponto são os mesmos que os do campo elétrico nesse ponto. A figura a seguir mostra alguns exemplos de linhas de campo.

Exemplos de linhas de campo elétrico. (a) Partícula com carga positiva; (b) Partícula com carga negativa; (c) Dipolo; (d) Duas partículas com mesma carga positiva; (e) Duas partículas com cargas +2q e -q; (f) Disco carregado uniformemente.

Energia Potencial Elétrica Energia potencial de uma partícula de teste no campo elétrico de uma carga puntiforme.

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