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Física IVAula 1

Sandro Fonseca de SouzaHelena MalbouissonMagdalena Malek

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Sumário

•  Conceito de Ondas Eletromagnéticas

•  Transporte de Energia

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Normas e Datas•  Atendimento ao estudante: sala 3018 A – professora Helena

Malbouisson.

•  Os alunos com menos de 75% de presença serão reprovados por falta.

•  Entretanto, solicitações extraordinárias devem ser feitas por escrito na secretaria do IF (3002B).

•  Data das provas: a definir

•  Fórum da turma: uerj-fisica-iv-quimica@googlegroups.com

•  Grupo da turma: equerj20152@googlegroups.com

Ementa do Curso1.  Ondas Eletormagnéticas

•  Propagação

•  Vetor de Poynting

•  Intensidade

•  Pressão de Radiação

•  Polarização

2.  Ótica Física

•  Reflexão e Refração

•  Reflexão Interna Total

•  Polarização por reflexão

3.  Interferência

•  Difração e o princípio de Huygens

•  O Experimento de Young

•  Intensidade em interferência em duas fendas

4.  Difração

•  Difração em fenda única

•  Difração em fenda circular

•  Rede de difração

•  Dispersão e poder de resolução

5.  Relatividade

•  Transformação de Lorentz

•  Cinemática relativística

•  Energia-Massa

6.  Mecânica Quântica

•  O efeito fotoelétrico

•  Equação de Schroedinger

•  Princípio da Incerteza de Heisenberg

•  Tunelamento

•  Poço de potencial

•  Modelo de Bohr

•  O átomo de Hidrogênio

7.  Física de Partículas

•  O modelo padrão das partículas elementares

•  O CERN

•  O Bóson de Higgs

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Livros texto•  Halliday e Resnick, volume 4 (qualquer edição)•  Caruso e Oguri, Física Moderna

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Ondas Eletromagnéticas

•  Geração de uma Onda Eletromagnética (O.E.);

•  Propagação de uma O.E.;

•  Transporte de Energia;

•  Vetor de Pointing;

•  Pressão de Radiação e Polarização;

•  Velocidade de uma O.E.

•  Aplicações.

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Introdução às Ondas Eletromagnéticas

•  Há cerca de 20 anos atrás a maior parte da tecnologia desenvolvida hoje não era vislumbrada pelos engenheiros.

•  Nos meados dos Séc. XIX, a luz visível, raios infravermelhos e ultravioleta eram as únicas formas de ondas eletromagnéticas conhecidas.

Ondas•  Ondas: são movimentos oscilatórios que se propagam em um meio transportando apenas

energia, sem transportar matéria;

•  Natureza das ondas:

•  Mecânicas: perturbações provocadas em meios materiais elásticos, transportando energia mecânica. Precisam de um meio para se propagar. Não se propagam no vácuo. Exemplos: ondas em cordas, ondas em superfícies líquidas, ondas sonoras;

•  Eletromagnéticas: Vibrações de cargas elétricas (luz, ondas de rádeio, raios-X). Transportam energia na forma de quanta – “pacotes” de energia. Propagam-se no vácuo e em alguns meios materiais.

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•  Tipos de ondas:•  Transversais: a direção do movimento

vibratório é perpendicular à direção de propagação (corda);

•  Longitudinais: a direção do movimento vibratório coincide com a direção de propagação (mola).

Características de ondas transversais

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•  Crista: o ponto mais alto da onda;

•  Vale: o ponto mais baixo da onda;

•  Comprimento de onda (λ): a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos;

•  Período (T): tempo necessário para a onda deslocar-se de um comprimento de onda;

•  Frequência (f): é o inverso do perído. É medida como o número de passagem de cristas (em ponto fixo) por unidade de tempo;

•  Frequência angular (ω): frequência angular da onda = 2πf;

•  Amplitude: altura da onda. Distância entre a crista e o eixo da onda;

•  Velocidade (v): distância percorrida sobre o tempo gasto = λ/T = λf;

•  Número de onda (k): 2π/λ.

crista

Comprimento de onda – λ

Direção de propagaçãoVelocidade v

vale

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Introdução a Ondas Eletromagnéticas

•  Uma onda eletromagnética é um campo eletromagnético (composto de um campo elétrico e um campo magnético) que se propaga.

•  Para diferentes comprimentos de onda, temos diferentes tipos de ondas eletromagnéticas: raios-X, microondas, ultra-violeta…

https://www.synchrotron-soleil.fr/en/videos/history-light-spectrum

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Sensibilidade do olho humano

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Introdução a Ondas Eletromagnéticas

•  Para Maxwell a luz é um distúrbio eletromagnético, na forma de ondas que se propagam através dos campos eletromagnéticos (uma configuração de campos elétricos e magnéticos) e de acordo com as leis do eletromagnetismo: a luz é uma onda eletromagnética.

•  Algumas fontes de ondas eletromagnéticas são:

✓  Sol;

✓  rádio/televisão/celular;

✓  microondas;

✓  raios cósmicos.

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Propriedades das O.E.•  Os campos E e B são perpendiculares à direção de propagação

da onda (onda transversal);

•  O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético;

•  O produto vetorial E x B aponta no sentido de propagação da onda;

•  Os campos variam senoidalmente, com a mesma frequência e estão em fase.

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Propriedades das O.E.•  Descrevendo os campos elétricos e magnéticos.

no vácuo todas as OE se propagam com a mesma velocidade: c.

Amplitudes

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Transporte de Energia•  Uma onda eletromagnética transporta e fornece energia a

um corpo;

•  A taxa de transporte de energia por unidade de área por parte de uma onda eletromagnética é descrita por um vetor S, conhecido como vetor de Poynting.

John Henry Poynting (1852-1914)

no SI:

Fluxo instantâneo de energia

Direção de propagação da onda

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Transporte de Energia•  Na prática, a grande utilidade é o valor médio de S (energia média

transportada ao longo do tempo), também conhecido como intensidade I da onda.

para:

logo,

I = 1cµ0

Em2 ⋅ sen2 (kx −ωt) = 1

cµ0Erms2

Erms =Em

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Variação da Intensidade com a distância

•  Sendo uma fonte de luz pontual, emitindo luz isotropicamente

•  Sendo conservada a energia das ondas emitidas

•  Toda a energia da fonte na figura deve passar pela esfera

•  Sendo assim, a taxa de energia que passa pela esfera há de ser igual à taxa de energia emitida (potência, Pf) pela fonte

•  Ou seja,

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A radiação eletromagnética de uma fonte isotrópica pontual decresce com o quadrado da

distância à fonte.

Aplicações de ondas eletromagnéticas

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•  Radio•  Televisão•  Telefones celulares (ondas de rádio)•  Radar (ondas de rádio)•  Forno de microondas (microondas)•  Controle remoto (ondas infravermelhas)•  Câmeras de visão noturna (ondas infravermelhas)•  …

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Resumo da aula•  Propriedades das ondas eletromagnéticas;

•  Próxima aula:

✓ Polarização, Pressão de radiação;

✓ ótica física;

• Dever de casa: Trazer exemplos de aplicações de ondas eletromagnéticas (explicando o princípio básico de funcionamento).

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Fim