Eletromagnetismo I NUSSENZVEIG, H. M. Curso de Física ... ?· Bibliografia complementar: HAYT Jr.,…

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  • Prof. Dr. Cludio S. Sartori Eletromagnetismo Captulo I - Carga eltrica e Matria, Lei de Coulomb

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    Eletromagnetismo I

    Ementa:

    1 - Carga e Matria

    Quantizao da carga eltrica. Conservao da

    carga eltrica. A lei de Coulomb. Condutores e

    isolantes.

    2 -Campo Eltrico e Lei de Gauss 3 -Potencial Eltrico Blindagem Efeito das

    Pontas 4 - Capacitncia e Energia Eletrosttica

    Capacitncia Dieltricos Energia Eletrosttica

    5 - Corrente e Resistncia Eltrica Definio de Corrente Condutividade e Resistividade Materiais Ohmicos

    6 - Campo Magntico de Correntes Estacionrias e Lei de Ampere:

    Definio de Campo Magntico

    Lei de Biot-Savart

    Lei de Ampere

    Energia Magntica 7 - Induo Magntica e Lei de Faraday-

    Lenz. Indutncia Motores Geradores 8 - Circuitos Eltricos

    Medida de Corrente e Diferena de Potencial

    Fora Eletromotriz

    Leis de Kirchoff e dos Ns

    Circuitos RC e RLC

    Circuitos AC

    Transformadores

    Obietivos (ao trmino da disciplina o

    aluno devera ser capaz de): Compreender os principais fenmenos

    eletromagnticos. Conhecer as principais leis do

    eletromagnetismo e resolver problemas envolvendo

    circuitos eltricos.

    Notas de aula baseada na:

    BIBLIOGRAFIA BSICA:

    RESN1CK, R.; HALLIDAY, D.; KLRANE, K:.

    Fsica 3. 5.ed. Rio de Janeiro: Livros Tcnicos e

    Cientficos, 2003.

    HALLIDAY, D.; RESNICK.R.; WALK.ER, J.

    Fundamentos de Fsica. 6.ed. Rio de Janeiro:

    Livros Tcnicos e Cientficos, 2002. v.3.

    TIPLER, P. A. Fsica para Cientistas e

    Engenheiros; Eletricidade, Magnetismo e tica.

    Rio de Janeiro: Livros

    Tcnicos e Cientficos, 2000.

    YOUNG, H. D., FREEDMAN, R. A. Fsica III.

    Pearson , 2004.

    ALONSO, M.; FINN, E. J. Fsica: Um Curso

    Universitrio. 2.ed. So Paulo: Edgard Blcher

    Ltda, 2002, v.2.

    NUSSENZVEIG, H. M. Curso de Fsica Bsica:

    Eletromagnetismo. So Paulo: Edgard Blcher Ltda,

    2002

    Bibliografia complementar:

    HAYT Jr., W. H. Eletromagnetismo. 4ed e

    6ed. Rio de Janeiro: Livros Tcnicos e Cientficos

    Editora, 1994.

    K.RAUS, J. D.; FLEISCH, D. A.;

    Electromagnetics with Appiications. New York,

    McGraw-Hill 1992.

    EDMINISTER, J. A. Eletromagnetismo.

    So Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1980.

    SEELY, S. Introduction Electromagnetic

    Fields. Tokyo: Kogakusha Company, Ltd.,

    Intemational Student Edition.

    1958.

    HELD, M. A.; MARION, J. B. Classical

    Eletromagnetic Radiation. 3.ed. Philadelfia/USA:

    Harcout Brace &Company, 1995.

    CRITRIOS DE AVALIAO DA APRENDIZAGEM

    Provas escritas

    Peso de provas: p

    Peso de trabalhos: t

    Peso de relatrios: r

    Onde Mp a mdia aritmtica das notas

    obtidas pelo aluno nas provas e Mr a mdia

    aritmtica das notas dos trabalhos. Durante o

    semestre, alm de duas provas individuais

    obrigatrias, ser ofertada a todos os alunos uma

    terceira prova cuja realizao obrigatria para quem

    no totalizou os pontos.

    Nota bimestral:

    b P T rN pN tN rN

    p = 0.7; r = 0.25; t = 0.05

  • Prof. Dr. Cludio S. Sartori Eletromagnetismo Captulo I - Carga eltrica e Matria, Lei de Coulomb

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    Introduo:

    A carga eltrica

    O termo eletricidade vem da palavra grega

    elektron, que significa mbar, resina que quando

    atritada com l provoca atrao em palha, fenmeno

    conhecido desde a antiguidade. Pode-se considerar

    que os conhecimentos sobre a eletricidade tiveram

    seu incio em 600 AC, quando Thales de Mileto

    verificou que um basto de mbar (uma resina

    fssil) atritado atraa pequenos fragmentos de palha.

    Alis, a origem da palavra est no grego elektron,

    que significava mbar amarelo.

    A evoluo das constataes de Mileto

    levou concluso da existncia de cargas eltricas,

    que podem ser de duas espcies: positiva e negativa.

    Entre cargas da mesma espcie ocorre uma repulso

    e entre espcies diferentes, uma atrao.

    No final do sculo XIX e incio do sculo

    XX, diversos experimentos realizados por fsicos,

    que descreveremos mais adiante, demonstraram que

    a matria possui massa e ocupa lugar no espao,

    sendo constituda por partculas muito pequenas

    chamadas de tomos e estes por sua vez so

    constitudos por prtons e nutrons, situados no

    ncleo, e eltrons que orbitam o ncleo em camadas

    definidas.

    A descoberta do eltron

    A existncia do eltron foi postulada por G.

    Johnston e Stoney como uma unidade de carga no

    campo da eletroqumica. O eltron foi descoberto

    por Thomson em 1897 no Laboratrio Cavendish,

    da Universidade de Cambridge, enquanto estudava o

    comportamento dos raios catdicos. Influenciado

    pelo trabalho de Maxwell e o descobrimento dos

    raios X, deduziu que no tubo de raios catdicos

    existiam partculas com carga negativa, que

    denominou de corpsculos. Ainda que Stoney haja

    proposto a existncia do eltron, foi Thomson quem

    descobriu seu carter de partcula fundamental. Para

    confirmar a existncia do eltron, era necessrio

    medir suas propriedades, em especial a sua carga

    eltrica. Este objetivo foi alcanado por Millikan,

    atravs da clebre experincia da gota de leo,

    realizada em 1909.

    George Paget Thomson, filho de J.J.

    Thomson, demonstrou a natureza ondulatria do

    eltron, provando a dualidade onda-partcula

    postulada pela mecncica quntica. Esta descoberta

    lhe valeu o Prmio Nobel de fsica de 1937.

    O spin do eltron foi observado pela

    primeira vez pela experincia de Stern-Gerlach. Sua

    carga eltrica pode ser medida diretamente atravs

    de um eletrmetro e a corrente gerada pelo seu

    movimento com um galvanmetro.

    Os raios catdicos so de eltrons que

    atravessam um tubo com gs em baixa presso entre

    dois plos, que produzem luminosidade de acordo

    com a presso. Para chegar a concluso de que os

    gases, quando submetidos a baixa presso, podem

    conduzir eletricidade, Henrich Geissler (1859),

    Johann Hittorf (1896) e Willian Crookes (1886),

    utilizaram o chamado tubo de raios catdicos. Esse

    aparelho formado por uma ampola de vidro ligada

    a uma bomba de vcuo que tem por utilidade

    diminuir a presso interna. Nas duas pontas do tubo

    h extremidades metlicas (eletrodos) ligadas a uma

    bateria.

    Quando a presso interna chega a um

    dcimo da presso ambiente, o gs que existe entre

    os eletrodos passa a emitir uma luminosidade.

    Quando a presso diminui ainda mais (100 mil

    vezes menor que a presso ambiente) a

    luminosidade desaparece, restando uma "mancha"

    luminosa atrs do plo positivo.

    Cientistas atriburam essa mancha a raios

    provenientes do plo negativo (catodo). Ento foram

    denominados raios catdicos. Os raios catdicos

    nada mais so do que feixes de eltrons que

    atravessam o tubo. So comumente encontrados em

    aparelhos de televiso e monitores de

    microcomputadores.

    Nas ruas podemos encontr-los em alguns

    letreiros. As cores desses raios dependem do gs

    usado. Com algumas modificaes nos tubos, os

    raios catdicos do origem a outros tipos de luzes,

    como por exemplo:

    Luminosos de non: o gs usado o nenio. usado em letreiros publicitrios.

    Luminosos de sdio: o gs usado o vapor de sdio. Confere uma luminosidade

    amarela caracterstica. usado em iluminaes de

    vias pblicas e tneis.

    Lampadas fluorescentes de mercrio: o gs usado vapor de mercrio. Emite

    uma luz violeta e ultravileta (luz negra). revestida

    com uma tinta fluorescente (a base de fsforo) que

    absorve a luz emitida e reemite como luz branca.

    So usadas em residncias, vias pblicas,

    escritrios, etc.

    Joseph John Thomson Origem: (Wikipdia, a

    enciclopdia livre).

    Fsico britnico nascido em Manchester em 1856 e

    falecido em Cambridge em 1940. Formou-se em Cambridge em 1884, onde foi professor de Fsica Experimental e diretor do

    Laboratrio Cavendish at se jubilar em 1919. Mediu pela

    primeira vez a carga especfica do eltron em 1897 e mostrou que o efeito terminico devido a eltrons. Pela ao de campos

    eltricos e magnticos sobre um feixe de ons de non, verificou

    em 1913 a existncia de istopos em elementos no radioactivos, descobrindo o "mtodo das parbolas". Foi-lhe atribudo o

    Prmio Nobel de Fsica em 1906 por investigaes tericas e

    experimentais sobre a passagem da eletricidade atravs dos gases.

  • Prof. Dr. Cludio S. Sartori Eletromagnetismo Captulo I - Carga eltrica e Matria, Lei de Coulomb

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    Figura 1 a) J.J. Thomson el seu laboratrio (a) utilizando o tubo de raios catdicos (b) onde constatou a deflexao de raios catdicos aps aplicar um campo eltrico entre

    as placas Q e E (c).

    a)

    b)

    c)

    A experincia da gota de leo de Millikan

    A experincia de Millikan foi a primeira e

    direta medida experimental da carga de um eltron.

    Foi realizada em 1909 pelo fsico

    americano Robert A. Millikan, que construiu um

    dispositivo capaz de medir a carga eltrica presente

    em gotas de leo demonstrando a natureza discreta

    da carga do eltron e medindo-a pela primeira vez.

    A montagem de Millikan mostrada na

    figura 2. Duas placas