F º Semestre de 2013 Coordenador. José Antonio Roversi IFGW-DEQ-Sala 216
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- Isaque Camilo Gomes
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1 F-38 - º Semeste de 013 Coodenado. José Antonio Rovesi IFGW-DEQ-Sala 16 ovesi@ifi.unicamp.b
2 1- Ementa: Caga Elética Lei de Coulomb Campo Elético Lei de Gauss Potencial Elético Capacitoes e Dieléticos Coente e Resistência Elética Foça Eletomotiz e Cicuitos Eléticos O Campo Magnético Lei de Ampèe Lei de Faaday da Indução e Indutância Oscilações Eletomagnéticas e Coentes Altenadas Magnetismo da Matéia e Equações de Maxwell. - Livo-texto: F-38-1 º Semeste de 013 Halliday, Resnick e Walke, Fundamentos da Física Vol. 3, 8 a edição, LTC Bibliogafia adicional: a) M. Alonso e E. J. Finn., Fundamental Univesity Physics. b) H. M. Nussenzveig, Cuso de Física Básica, Vol. 3. c) F. Zemansky, Eleticidade e Magnetismo. d) P. A. Tiple, Física, Vol..
3 3- Datas das Povas, Testes e Citéio de Avaliação: Fequência : seá exigida fequência mínima a 75% das aulas. 3 Testes: T 1 (caps. 1,, 3); T (caps. 4, 5, 7); T 3 (8,9,30). 3 Povas: P 1 (caps. 1,, 3, 4); P (caps. 5, 6, 7, 8); P 3 (caps. 9, 30, 31). Os capítulos mencionados acima efeem-se à 8 a edição do livo do Halliday, Vol. 3 (Eletomagnetismo). Datas dos testes paa as tumas I e J do DIURNO T1 (8/08/13) ; T (09/10/13); T3 (13/11/13). Datas dos testes paa as tumas L e M do Diuno e B, C, D e E do Notuno T1 (0/09/13) ; T (07/10/13); T3 (11/11/13). Datas das Povas do DIURNO e do NOTURNO: P1 (11/09/13); P (3/10/13) ; P3 (7/11/13). Data do exame final DIURNO e NOTURNO: 11/1/13.
4 Composição das notas Média dos 3 testes (M T ): M T = (T 1 + T + T 3 )/ 3 A nota de apoveitamento (NA) seá composta da seguinte maneia: N A = (P 1 + P +P 3 + M T )/4 Nota Final (NF): Se o aluno obtive NA <,5, não podeá ealiza o exame final (atigo 57, inciso II do Regimento Geal dos cusos de gaduação da UNICAMP). Sua nota final seá NF = NA. Se o aluno obtive NA 7,0, ele estaá dispensado do exame final e sua nota final seá NF = NA. Caso contáio, a nota final seá composta po NA e pela nota do exame final (EF) da seguinte maneia: N F = (N A + E F )/ Além dos equisitos de fequência, a apovação exige uma nota final N F 5,0.
5 Excetuando-se os casos pevistos em lei e no egimentogeal dos cusos de gaduação da UNICAMP, não haveá povas ou testes substitutivos. 4- Estutua do Cuso As aulas seão divididas, altenadamente, em aulas magnas e aulas exploatóias. As aulas magnas (paa tumas juntas em um anfiteato) são aulas teóicas sobe o conteúdo da disciplina. As aulas exploatóias (paa um númeo meno de estudantes em sala de aula) têm po objetivo o apofundamento dos conceitos vistos nas aulas magnas atavés da esolução de execícios e discussões focalizadas. Sobe os testes Não haveá aplicação de testes tadicional. Em vez disso, os alunos deveão esolve e entega 6 execícios de cada lista. Seá soteado paa coeção um execício (apenas um) extaído das listas dos tês capítulos que constam em cada teste. A data limite paa entega dos execícios esolvidos é a data que seia a do teste coespondente. Sobe as Avaliações O aluno deveá ealiza as avaliações somente na sala destinada à sua tuma (ve página da disciplina com antecedência). Uso de calculadoa Os testes e as povas seão planejados paa que não seja necessáio o uso de calculadoa. Duante o tempo de ealização de testes ou povas os celulaes deveão esta desligados.
6 5- Lista de execícios A lista de execícios elacionada a cada capítulo seá fonecida no site da disciplina, após cada aula magna coespondente. 6 Monitoes e Consultas Haveá apoio de monitoes. As notas de todas as tumas, bem como qualque novidade sobe a disciplina, estaão disponíveis na página da Gaduação da Física/IFGW, ciada na HomePage-IFGW ( e Paa acessa deteminada tuma: uma vez dento da HomePage-IFGW, consulta: gaduação; página gaduação; disciplinas; F38 Física Geal III. Aulas web: (Pof. Rovesi); ou UnivespTV e Youtube (Pof. Luiz Maco Bescansin) 7- Identificação Os alunos, nos dias de povas e exame, deveão identifica-se apesentando RA e RG paa teem dieito à ealização das avaliações.
7 O aluno deveá identifica-se (apesenta RA e RG) paa te dieito a ealizações de povas e testes. 8 Revisões de povas e testes As evisões de povas ou testes somente seão efetuadas dento do pazo legal de quinze dias após as divulgações das notas das avaliações coespondentes, confome atigo 60 do Regimento Geal dos Cusos de Gaduação da UNICAMP. Paa melho atende a todos, o hoáio de atendimento das teças-feias do peíodo coespondente seá destinado a esse fim. 9 Pof Sala / depto: atendimento exta classe:
8 Aula-1 A caga elética e a lei de Coulomb Cuso de Física Geal F-38 º semeste, 013 F38 1S013 8
9 As foças fundamentais da natueza Gavitacional (1/ ) Matéia Eletomagnética (1/ ) Cagas eléticas, átomos, sólidos Nuclea Faca Decaimento adioativo beta Nuclea fote Mantém o núcleo ligado (cuto alcance) 1 F38 1S013 9
10 O eletomagnetismo Eleticidade (eletostática) Fenômeno já conhecido na Gécia antiga. Ao seem atitados, deteminados mateiais (âmba, em paticula), adquiiam a popiedade de atai pequenos objetos (ação de uma foça elética). Magnetismo (magnetostática) Os gegos também sabiam que deteminadas pedas (chamadas de magnetita) ataíam limalhas de feo (ação de uma foça magnética). Eletomagnetismo No século XIX, após os tabalhos de Oested e Faaday, Maxwell esceveu as equações que unificaam a eleticidade e o magnetismo, mostando assim que ambos eam manifestações de um mesmo fenômeno, o eletomagnetismo. F38 1S013 10
11 A caga elética A caga elética está pesente em todos os objetos, sendo uma popiedade intínseca das patículas que constituem a matéia. Objetos em geal contêm quantidades iguais de dois tipos de caga: positiva e negativa. Tais objetos são eleticamente neutos. Contudo, se po exemplo atitamos um pente num tecido qualque, há tansfeência de caga de um paa o outo e o pente fica caegado com um dos tipos de caga em excesso. Ele então passa a atai pequenos objetos. Vido atitado com seda ou plástico atitado com lã apesentam efeitos distintos. A escolha dos sinais das cagas é mea convenção. F38 1S013 11
12 Condutoes e isolantes A estutua e a natueza elética dos átomos são esponsáveis pelas popiedades dos condutoes e isolantes. Repetindo a expeiência anteio com um bastão de metal neuto, ao invés de vido, obseva-se que há cagas com gande mobilidade: elétons, fluido (assim se pensava) de caga negativa. Mateiais como o cobe (metais) são chamados condutoes, onde o excesso de caga concenta-se apenas numa deteminada egião, ao contáio dos isolantes, onde as cagas têm baixa mobilidade. Metais, soluções e copo humano são exemplos de condutoes. Vido, papel, boacha, plásticos e água destilada são exemplos de isolantes. F38 1S013 1
13 Condutoes e isolantes Antecipando a visão modena da estutua desses mateiais isolantes condutoes semicondutoes Há ainda os chamados supecondutoes, onde o fluido eletônico ocoe sem esistência elética. F38 1S013 13
14 A lei de Coulomb Obseva-se que cagas de mesmo sinal se epelem e de sinais opostos se ataem. As foças fomam um pa de ação e eação ao longo da linha que une as cagas. Se a distância ente duas cagas q 1 e q fo, o módulo da foça eletostática ente elas seá dado po: F = k q 1 q (Lei de Coulomb) F38 1S013 14
15 A lei de Coulomb z ˆ 1 F 1 x y balança de toção Vetoialmente: = F q q 1 1 = ˆ 1 4πε0 1 ˆ1 = 1 1 (foma geal da Lei de Coulomb)
16 A lei de Coulomb Antecipando o conceito de coente elética, a unidade de caga é o Coulomb, que é definida no SI como a caga tanspotada po uma coente de 1 A que atavessa a seção eta de um fio duante 1 segundo. dq = i dt No SI a constante eletostática k é dada po k 1 4 πε 8,99 10 N.m 9 0 C A pemissividade do vácuo, ε 0, é dada po ε 0 8, C N.m F38 1S013 16
17 Foça Eletostática vs. Gavitacional A lei de Coulomb: A Lei da Gavitação: 1 q F= 4 πε F g = G 1 1 Átomo de Hidogênio: q e = q p =1, C, 1 = 5, m (distância média ente o póton e o eléton). m e = 9, kg, m p = 1, kg e G = 6, N.m /kg (constante univesal gavitacional) 0 m 1 1 q Substituindo estes valoes nas equações acima: m F e = 8, x 10-8 N F g = 3,6 x N Relação ente F e / F g x Estutuas dos Mateiais: inteação ente cagas. F38 1S013 17
18 Exemplo: Foças Nuleaes fotes Imaginemos pótons dento de um núcleo atômico, sepaados po 14 uma distância d 10 m. Qual é a aceleação que um póton adquie sob a ação da foça elética ente eles? F el = e k d 9, (1,6 10 ) (10 ) 1 N a F 1 el m 6 = = = m p 1,67 10 s g! Se esta fosse a única foça agindo sobe os pótons, o núcleo não podeia se estável. Quem mantém o núcleo estável são as foças nucleaes fotes.
19 Pincípio da supeposição A lei de Coulomb: 1 q1 q F= 4 πε 0 1 Num sistema de n cagas: vale o pincípio da supeposição: F A foça sobe a caga devida a as outas (n-1) cagas é: 1 q 1 F 1 = F 1 + F F 1 n (soma vetoial) F F 1 n F 13 1 q 1 q F 1 F 31 Obseva-se que: F ij = F ji n1 q n F n1 q 3 1 q F = q ( ) n j ˆ j j 4πε = 0 1 j F38 1S013 19
20 A lei de Coulomb Movimento de cagas em um sistema de condutoes: Indução Exemplo (indução de cagas) Q -Q +Q Duas esfeas condutoas idênticas, eleticamente isoladas e muito afastadas. Qual é a foça ente as esfeas nas situações c) e d)? + + F38 1S013 0
21 Popiedades das caga eléticas A quantização da caga Millikan deteminou a caga elementa (eletônica) como sendo e=1, C e potanto q=ne, onde n = ±1, ±,... Mas a teoia do Modelo Padão das patículas elementaes pevê os quaks, que são patículas constituintes de pótons e nêutons, de caga ±e/3 ou ±e/3, poém de difícil detecção individual. O quantum de caga é muito pequeno. A consevação da caga Em todos os pocessos que ocoem na natueza, desde a tansfeência de caga po atito até as eações ente patículas elementaes, a caga total (soma das cagas positivas e negativas) de um sistema isolado sempe se conseva. Ex: decaimento adioativo, aniquilação, podução de paes, etc. 38 U 34 Th + 4 He (decaimento adioativo: consevação de Z=9 Z= 90 Z= caga a nível nuclea). F38 1S013 1
22 Lista de execícios Capítulo 1 Os execícios sobe Caga Elética estão na página da disciplina : ( Consulta: Gaduação Disciplinas F 38-Física Geal III ou Aulas gavadas: (Pof. Rovesi) ou UnivespTV e Youtube (Pof. Luiz Maco Bescansin) F38 1S013
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