Universidade do Estado de Santa Catarina Centro de Ciências

Universidade do Estado de Santa Catarina
Centro de Ciências Tecnológicas
Departamento de Física
Professora Emerson Luiz Lapolli
1.
Identificação
Curso: Eng. Elétrica
Ano: 2015
Disciplina: Física III
Sigla: FGE3001
2.
Semestre letivo: 2015/02
Carga horária total: 36 horas-aula.
Aulas teóricas: 36 horas-aula.
Aulas práticas: 00 horas-aula.
Ementa
Força elétrica. Campo elétrico. Lei de Gauss. Potencial elétrico. Capacitores e dielétricos.
Corrente elétrica e resistência.
Força eletromotriz. Circuitos de corrente contínua. Campo
magnético. Lei de Ampère. Lei de Faraday. Indutância. Circuitos de corrente alternada. Equações de Maxwell .
3.
Objetivo Geral
Desenvolver os conceitos e o formalismo básico do Eletromagnetismo Clássico. Utilizar álgebra vetorial e cálculo
diferencial em aplicações de interesse didático e prático.
3.1.
Objetivos específicos
Estudar a interação entre partículas carregadas, através do estabelecimento da lei de Coulomb. Definir campo
elétrico. Descrever matematicamente o campo elétrico a partir da lei de Coulomb. Estudar o movimento de cargas
elétricas, sob ação de campos elétricos. Calcular o campo elétrico produzido por distribuições discretas e contínuas
de carga. Formular a lei de Gauss. Utilizar a lei de Gauss para calcular o campo elétrico produzido por distribuições de
carga com simetrias esférica e cilíndrica.
Estabelecer a definição de potencial elétrico, de diferença de potencial elétrico e de energia potencial elétrica
de um sistema de cargas elétricas. Calcular o potencial elétrico produzido por distribuições discretas e contínuas de
carga. Relacionar campo elétrico e potencial elétrico, através da operação gradiente. Definir capacidade elétrica ou
capacitância. Calcular a capacitância de condutores e capacitores. Verificar a influência na capacitância, do
preenchimento da região entre as placas de um capacitor com dielétricos.
Definir corrente elétrica e resistência elétrica. Definir densidade de corrente elétrica e resistividade elétrica.
Estabelecer as leis de Ohm e de Joule. Estabelecer as leis de Kirchhoff. Aplicar as leis de kirchhoff para a solução de
circuitos elétricos simples, envolvendo resistores e capacitores.
Definir campo magnético. Estudar o movimento de cargas elétricas e condutores elétricos, sob a ação de
campos magnéticos. Estabelecer as leis de Ampére e de Biot-Savart, bem como aplicá-las para o cálculo de campos
magnéticos produzidos por distribuições de corrente elétrica. Estabelecer a lei de Faraday. Definir indutância. Calcular
indutˆancia. Resolver os circuitos RL, LC, RLC e RLC forçado. Estabelecer as equações de Maxwell.
4.
Conteúdo Programático
4.1.
i.
ii.
O Campo Elétrico Estático.
A Lei de Coulomb.
a) A força de origem elétrica.O campo elétrico estático.
b) O cálculo do campo elétrico.
c) Movimentos de partículas carregadas no campo elétrico.
A Lei de Gauss.
a) Fluxo de um Campo Vetorial.
b) A Lei de Gauss para o campo elétrico.
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c) Aplicações.
iii.
O Potencial Elétrico.
a) Diferença de potencial elétrico entre dois pontos.
b) Potencial Elétrico num ponto.
c) O cálculo do potencial elétrico.
d) Gradiente de potencial.
e) Energia potencial elétrica.
f) Capacitância e Capacitores.
g) Energia armazenada no capacitor e no campo elétrico.
h) Dielétricos.
iv.
Correntes Elétricas Estacionárias.
a) Corrente elétrica e resistência elétrica.
b) A Lei de Ohm.
c) A Lei de Joule.
d) A força eletromotriz e suas fontes.
e) As Leis de Kirchhoff.
f) Estudo de circuitos simples contendo fontes, resistores e/ou capacitores.
4.2.
i.
O Campo Magnético Estático.
A indução magnética.
a) A indução magnética.
b) A força magnética sobre cargas em movimento.
c) Movimento de partículas carregadas no campo magnético
d) A força de Lorentz.
ii.
A Lei de Biot-Savart.
a) A Lei de Biot-Savart.
b) Aplicações.
iii.
A Lei de Ampére.
a) A Lei de Ampére.
b) Aplicações.
4.3.
i.
ii.
O Campo Eletromagnético Dependente do Tempo.
A Lei de Faraday.
a) A Lei de Faraday.
b) Aplicações.
Indutância
a) Indutância
b) O circuito LR
c) O circuito LC
d) O circuito LCR
e) O circuito de corrente alternada
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f) Considerações de energia
g) O transformador
iii.
As equações de Maxwell
a) A Lei de Ampère-Maxwell
b) A corrente de deslocamento
c) As equações de Maxwell
d) Equação de ondas
e) Ondas Eletromagnéticas
f) O espectro eletromagnético
5.
Calendário de provas e exames
Prova
Conteúdo
Prova 1
Capítulo 23, 24 e 25
Prova 2
Capítulo 26, 27 e 28
Prova 3
Capítulo 30, 31 e 32
Prova 4
Capítulo 32, 33, 35 e 36
Exame
Carga Horária
20 horas-aula
20 horas-aula
14 horas-aula
18 horas-aula
Todo Conteúdo
Data
09/09
14/10
11/11
02/12
14/12
*Conforme o livro texto adotado nesta disciplina, referência bibliográfica [1].
6.
Sistema de aula
A metodologia utilizada será a da aula expositiva baseada em slides, com eventual utilização de experimentos
demonstrativos e resolução de exercícios com quatro e giz.
7.
Atendimento ao Aluno
O atendimento ao aluno será feito no Departamento de Física, na Sala do professor (sala 05) no horário de atendimento
ao aluno.
8.
Monitoria.
9. Monitor: Rafael Grolli Machado
Início
Final
Segunda
07:30
08:20
08:20
09:20
10:10
09:10
10:10
11:00
11:00
11:50
13:30
14:20
15:20
16:10
14:20
15:10
16:10
17:00
17:00
17:50
18:10
19:00
19:00
19:50
Terça
Quarta
Quinta
Sexta
F105
F105
F105
F105
K206
K206
F104
F104
F104
F104
F104
F104
F104
F104
F104
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19:50
20:50
21:40
10.
20:40
21:40
22:30
Atendimento
Será feito nos horários disponíveis para este propósito na sala 5 do departamento de física.
11.
Contato
e-mail: [email protected]
Hangout: [email protected]
Fone: 40097720
12.
Avaliação
A avaliação do aluno será feita através da sua média semestral, que é a média aritmética das notas btidas nas quatro
avaliações realizadas ao longo do semestre. Média semestral maior ou igual a sete implica em aprovação. Casocontrário,
o estudante deverá prestar um exame final. Neste último caso o exame final, com peso quatro, e a médiasemestral,com
peso seis, comporão a média final. Para a aprovação, a média final deverá ser maior ou igual a cinco. Durante as aulas
será cobrada a presença. Vale lembrar que frequência inferior a 75% o estudante fica reprovado por falta.
12.1.
Média (𝑴)
4
1
𝑀 = ∑ 𝑃𝑖
4
𝑖=1
𝑀={
12.2.
≥ 7 𝑀 = 𝑀𝐹 = 𝐴𝑃𝑅𝑂𝑉𝐴𝐷𝑂
< 7 𝐸𝑋𝐴𝑀𝐸
Média final (𝑴𝑭)
𝑀𝐹 = 0,4𝑁𝐸 + 0,6𝑀
𝑀𝐹 = { ≥ 5 𝐴𝑃𝑅𝑂𝑉𝐴𝐷𝑂
< 5 𝑅𝐸𝑃𝑅𝑂𝑉𝐴𝐷𝑂
12.3.
Entrega das Provas
Será entregue pessoalmente aluno a aluno na sala do professor (Sala 5 no departamento de física). Revisões de questões e
notas serão aceitas somente até data de realização da prova seguinte. O aluno terá 15 dias uteis, a partir da data de divulgação
no site da UDESC, para retirar a prova, com o professor, no local acima indicado.
12.4.
Segunda chamada
Será realizada somente após o professor receber o requerimento de segunda chamada. Que deverá ser solicitadojunto
à Direção de Ensino da Universidade. Será feita sempre antes da realização da próx ima prova. A data é definida pelo
professor e comunicada ao estudante. Não será realizada a prova sem o requerimento de segunda chamada.
13.
Disponibilidade de material
Listas, caso existam, serão disponibilizadas no seguinte endereço:
http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/emerson
Slides e Listas poderão ser solicitados via e-mail.
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14.
Bibliografia
[1] D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fundamentos de Física vol 3, 4a ed., LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S. A.,
Rio de Janeiro, 2009.
[2] P. A. Tipler. & G. Mosca, Física vol. 2, 6ª Ed. Livros Técnicos e Científicos Editora S. A., Rio de Janeiro, 2009.
[3] Young, Hugh D.; Freedman, Roger A.; Sears e Zemansky Física III e Física IV: Ótica e Física Moderna. São Paulo. Addison Wesley,
2004.
[4] R. A. Serway & R. A .Jewett, Jr. Princípios de Física vol 3, 3a ed., Editora CENGAGE Learning, 2008.
[5] https://www.youtube.com/watch?v=lfNvbJbYxFQ&list=PLxI8Can9yAHdG8tw2QofrU02IuAEVyGlL
15.
Seq.
01
02
03
04
05
06
07
08/09
09/10
11
12
13
14
15
16
17
18/19
Cronograma
Data Mês DIA Conteúdo (Vídeo aulas – Lista completa [5])
Apresentação do plano de Ensino de FGE-3001.
Seg
08
03 Introdução. A lei de Coulomb.
https://www.youtube.com/watch?v=lfNvbJbYxFQ
A lei de Coulomb (continuação).
Qua
08
05
https://www.youtube.com/watch?v=4SWzemMEY4w.
O campo elétrico. Cálculo do campo elétrico produzido por uma carga puntiforme e por
Seg
08
10 uma distribuição discreta de cargas.
https://www.youtube.com/watch?v=njsGDadL09g
Qua
08
19 Movimento de cargas no campo elétrico. Torque sobre dipolos elétricos
Cálculo do campo elétrico produzido por uma distribuição contínua de cargas.
Seg
08
24
https://www.youtube.com/watch?v=A01u84pUGV
A Lei de Gauss.
Qua
08
26
https://www.youtube.com/watch?v=C2Tl8twv1_Q
Aplicação da Lei de Gauss (Simetria esférica e Simetria cilíndrica).
Seg
08
31
https://www.youtube.com/watch?v=8ZShQQahhJc
Qua
09
02 Exercícios (15:20-17:50)
Seg
09
07 FERIADO
Qua
09
09 PROVA 1 (15:20-17:50)
Introdução. Energia potencial elétrica de uma carga. Potencial em um ponto. Diferença de
Seg
09
14 potencial entre dois pontos. Superfície equipotencial. Cálculo do potencial elétrico.
https://www.youtube.com/watch?v=g5BhOVeT6JM
Energia potencial elétrica de uma distribuição discreta de cargas. Gradiente do potencial
Qua
09
16 elétrico. Sistemas contínuos de carga.
https://www.youtube.com/watch?v=81m2JfIdL5k
Capacitância de um condutor e de um sistema de condutores. O capacitor. O cálculo da
Seg
09
21 capacitância. Associação de capacitores.
https://www.youtube.com/watch?v=08B6k_8RMxg
Qua
09
23 Considerações sobre energia. Dielétricos.
https://www.youtube.com/watch?v=BLRMUltW5h8
Corrente elétrica e densidade de corrente elétrica. Resistência elétrica e resistividade
Seg
09
28 elétrica. A lei de Ohm. Potência em circuitos elétricos.
https://www.youtube.com/watch?v=kQb6T5MiRLM
Qua
09
30 Associações de resistores. As Leis de Kirchhoff.
https://www.youtube.com/watch?v=8uH2NGL3NHc
Circuitos RC.
Seg
10
05
https://www.youtube.com/watch?v=nYYFrOzv2vQ
Qua
10
07 Aula de Exercícios (15:20-17:50)
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19/20
Seg
Qua
10
10
12
14
21
Seg
10
19
22
Qua
10
21
23
Seg
10
26
Qua
Seg
10
11
28
02
24
Qua
11
04
25/26
Seg
11
09
26/27
Qua
11
11
28
Seg
11
16
29
Qua
11
18
30
Seg
11
23
31
32/33
33/34
35
36
Qua
Seg
Qua
Seg
Qua
Seg
11
11
12
12
12
12
25
30
02
07
09
14
16.
FERIADO
PROVA 2 (15:20-17:50)
Definição de campo magnético. A força de Lorentz. Movimento de cargas no campo
magnético.
https://www.youtube.com/watch?v=mRIxLpyh_xo
Força sobre correntes. Torque sobre uma espira.
https://www.youtube.com/watch?v=Jsa6ixez3bc
A lei de Biot-Savart.
https://www.youtube.com/watch?v=FcisdpsqoJE
FERIADO
FERIADO
A Lei de Ampère.
https://www.youtube.com/watch?v=qtxUAEoYGiM
A Lei de Faraday. O campo elétrico induzido. (12:40 – 15:10)
https://www.youtube.com/watch?v=sX68xgzgzB8
https://www.youtube.com/watch?v=VocDVWgygHQ
PROVA 3 (15:20-17:50)
Definição de indutância. O cálculo da indutância. O circuito RL. O circuito LC.
https://www.youtube.com/watch?v=msh4bFgKsws
https://www.youtube.com/watch?v=zk8Y0XdPUJ0
https://www.youtube.com/watch?v=tmC0pTww988
O circuito RLC (corrente contínua). O circuito RLC (corrente alternada).
https://www.youtube.com/watch?v=mJcVQi6FPBo
https://www.youtube.com/watch?v=cG-6uy-hbbc
Potência em circuito de corrente alternada. O transformador.
https://www.youtube.com/watch?v=UlACnG24z14
Exercícios
As equações de Maxwell. (12:40 – 15:10)
PROVA 4 (15:20-17:50)
EXAME
Lista completa de exercício
A lista de exercício é organizada com base no livro texto [1] e complementar [2] da bibliografia. A lista não será
recolhida pelo professor. Seu objetivo é preparar o estudante para cada uma das quatro provas e, se for o caso, para
o exame final. As datas das provas e do exame já estão definidas no item 4.
LISTA DE PROBLEMAS
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fundamentos de Física vol 3, 4a ed., Livros técnicos e científicos Editora S. A., Rio de Janeiro,
1996.
• Capítulo 23: 5,6,7,10,13,15,17,18,19,21.
• Capítulo 24: 1,13,14,15,18,19,20,22,25,29,32,33,34,35,36,47,51,52, 56.
• Capítulo 25: 2,5,6,7,8,10,11,12,13,23,24,27,30,33,44,48,52,53.
• Capítulo 26: 5,6,9,11,13,14,15,16,26,28,34,35,36,37,38,40,41,43,45,48,56,60,68,70.
• Capítulo 27: 2,4,6,8,11,12,16,17,18,21,26,27,29,30,36,46,47,52,60,63,64,65.
• Capítulo 28: 1,7,9,15,16,26,27,28,44,49,53,57.
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• Capítulo
• Capítulo
• Capítulo
• Capítulo
• Capítulo
• Capítulo
• Capítulo
• Capítulo
29: 7,11,15,17,28,29,32,33,37,45,48,65,67,72,74,75.
30: 2,5,6,10,12,23,27,30,31,34,36,43,46,47,48,50,53,67.
31: 8,9,11,13,16,17,18,19,20,21,22,23,24,28,29,34,35,37,38,40,41,42,46,47,48,53,56.
32: 1,2,4,5,6,9,12,19,23,24,26,29,34,36,37,41,43.
33: 1,5,6,8,9,13,18,19,22,29,30,33,35,37,38,42.
35: 1,4,5,6,9,11,12,13,14,18,21,24,27,28,33,35,37.
36: 15,19,20,24,25,30,31,36,44.
37: 1,6,10,12,16.
YOUNG, Hugh D. Sears e Zemansky Física 10a Edição. São Paulo: Addison Wesley, 2003. Volumes 03
• Capítulo 22: 22-2, 22-4, 22-6, 22-8, 22-10, 22-12, 22-14, 22-16, 22-18, 22-20, 22-22, 22-24, 22-26, 22-28, 22-30, 22-32, 2234, 22-36, 22 -38, 22-40, 22-42, 22-44, 22-46, 22-48, 22-50, 22-52, 22-54, 22-56, 22-58, 22-60, 22-62, 22-64, 22-66, 22-68,
22-70, 22-72, 22-74, 22-76, 22-78, 22-80, 22-82, 22-84, 22-86,
• Capítulo 23: 23-2, 23-4, 23-6, 23-8, 23-10, 23-12, 23-14, 23-16, 23-18, 23-22, 23-24, 23- 26, 23-28, 23-30, 23-32, 23-34, 2336, 23-38, 23-40, 23-40, 23-44, 23-46, 23-48, 23-50, 23-52, 23-54,
• Capítulo 24: 24-2, 24-4, 24-6, 24-8, 24-10, 24-12, 24-14, 24-16, 24-18, 24-20, 24-22, 24-24, 24-26, 24-28, 24-30, 24-32, 2434, 24-36, 24-38, 24-40, 24-42, 24- 44, 24-46, 24-48, 24-50, 24-52, 24-54, 24-56, 24-58, 24-60, 24-62, 24-64, 24-66, 24-68,
24-70, 24-72, 24-74, 24-76, 24-78, 28-80, 24-82, 24-84,
• Capítulo 25: 25-2, 25-4, 25-6, 25-8, 25-10, 25-12, 25-14, 25-16, 25-18, 25-20, 25-22, 25-24, 25-26, 25-28, 25-30, 25- 32, 2534, 25-36, 25-38, 25-40, 25-42, 25-44, 25-46, 25-48, 25-50, 25-52, 25-54, 25-56, 25-58, 25-60, 25-62, 25-64,
• Capítulo 26: 26-2, 26-4, 26-6, 26-8, 26-10, 26-10, 26-12, 26-14, 26-16, 26-18, 26-20, 26-22, 26-24, 26-26, 26-28, 26-30, 2632, 26-34, 26-36, 26-38, 26-40, 26-42, 26-44, 26-46, 26-48, 26-50, 26-52, 26-54, 26-56, 26-58, 26-60, 26-62, 26-64, 26-66, 2668, 26-70,
• Capítulo 27: 27-2, 27-4, 27-6, 27-8, 27-10, 27-12, 27-14, 27-16, 27-18, 27-20, 27-22, 27-24, 27-26, 27-28, 27-30, 27-32, 2734, 27-36, 27-38, 27-40, 27-42, 27-44, 27-46, 27-48, 27-50, 27-52, 27-54, 27-56, 27-58, 27-60, 27-62, 27-64, 27-66, 27-68, 2770, 27-72, 27- 72, 27-74,
• Capítulo 28: 28-2, 28-4, 28-6, 28-8, 28-10, 28-12, 28-14, 28-16, 28-18, 28-20, 28-22, 28-24, 28-26, 28-28, 28-30, 28-32, 2834, 28-36, 28-38, 28-40, 28-42, 28-44, 28-46, 28-48, 28-50, 28-52, 28-54, 28-56, 28-58, 28-60, 28-62, 28-64, 28-66, 28-68, 2870, 28-72,
• Capítulo 29: 29-2, 29-4, 29-6, 29-8, 29-10, 29-12, 29-14, 29-16, 29-18, 29-20, 29-22, 29-24, 29-26, 29-28, 29-30, 29-32, 2934, 29-36, 29-38, 29-40, 29-42, 29-44, 29-46, 29-48, 29-50, 29-52, 29-54, 29-56, 29-58, 29-60, 29-62, 29-64, 29-66, 29-68, 2970, 29-72, 29-74,
• Capítulo 30: 30-2, 30-4, 30-6, 30-8, 30-10, 30-12, 30-14, 30-16, 30-18, 30-20, 30-22, 30-24, 30-26, 30-28, 30-30, 30-32, 3034, 30-36, 30-38, 30-40, 30-42, 30-44, 30-46, 30-48, 30-50,
• Capítulo 31: 31-2, 31-4, 31-6, 31-8, 31-10, 31-12, 31-14, 31-16, 31-18, 31- 20, 31-22, 31-24, 31-26, 31-28, 31-30, 31-32, 3134, 31-36, 31-38, 31-40, 31-42, 31-44, 31-46, 31-48, 31-50, 31-52, 31-54, 31-56, 31-58, 31-60, 31-62, 31-64,
• Capítulo 32: 32-2, 32-4, 32-6, 32-8, 32-10, 32-12, 32-14, 32-16, 32-18, 32-20, 32-22, 32-24, 32-26, 32- 38, 32-30, 32-32, 2834, 32-36, 32-38, 32-40, 32-42, 32-44, 32-46, 32-48, 32-50, 32-52, 32-54, 32-56, 32-58, 32-60,
• Capítulo 33: 33-2, 33-4, 33-6, 33-8, 33-10, 33-12, 33-14, 33-16, 33-18, 33-20, 33-22, 33-24, 33-26, 33-28, 33-30, 33-32, 3334, 33-36, 33-38, 33-40, 33-42, 33-44, 33-46, 33-48, 33-50.