Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

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    UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA  UFUFACULDADE DE ENGENHARIA ELTRICA  FEELTP I N S

    A

    E

    U

    2011 

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    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    2

    SUMRIO GERAL 

    C C P

    1 A V 03

    2 L C I C E 20

    3 D F E, L G D 35

    4 E P P E 51

    5 C, D C 71

    6 E P L 96

    7 C M E 107

    8 F M, M I 132

    9 C V T E M 157

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    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    3

    1   ANLISE VETORIAL 

    1.1  E V

    O  

    ( ). E : , , ,

    , , (), .

    U   , . E

    : , , , .

    U . U

    , ,

    .

    1.2  V

    A , .

    A   , .

    A , ,  A B B A+ = +

    . A

    , , ( ) ( ) A B C A B C + + = + +

    .

    A   ,

     A B−  

      ( ) A B+ −  

    ; , , ,

    .

    V . O ,

    , ,

    . A

    ,

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    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    4

    ( )( ) ( ) ( )r s A B r A B s A B

    rA rB sA sB

    + + = + + +

    = + + +

     

    A      

    .

    A .

    1.3  S C C

    P , , , ,

    . H ,

    . O

    . N

    , , .

    N () ,

    , ,

    , ,  x ,  y   z  . N

    0 x  =   , 0 y =   0 z  =   .

    T ( )1,2,3P   ( )2, 2,1Q   −   ,

    () . P   , ,

    1 x  =   , 2 y =   3 z  =   , Q  

    2 x  =   , 2 y = −   1 z  =   .

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    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    5

    P, () , ( ), ,P x y z  

    ( )' , ,P x dx y dy z dz+ + +   . O P  

    'P   6 , ,

    dv dx d y dz=   ; dS   dxdy ,

    dydz   dzdx . E , dL  P   'P  

    ( ) ( ) ( )2 2 2

    dx dy dz+ +   .

    1.4 

    C V V UP ,

      P  . S r 

       x

    ,  y

     

     z

    , r x y z= + +  

    , () .

    O :  ,   

       , ,

    .

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    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    6

    C,

    . A ()  ̂xa   ,  ̂ya    ̂za  

    , , . C Pr 

     

    ( )1,2,3P   ,

    : ˆ ˆ ˆ2 3P x y zr a a a= + +

    . C

    Qr 

     

    ( )2, 2,1Q   −   , ˆ ˆ ˆ2 2Q x y zr a a a= − +

    . U PQ

     R

     

    ( )1,2,3P   ( )2, 2,1Q   −   :

    ( ) ( ) ( )ˆ ˆ ˆ2 1 2 2 1 3

    ˆ ˆ ˆ4 2

    PQ Q P x y z

     x y z

     R r r a a a

    a a a

    = − = − + − − + −

    = − −

     

    O () .

    E,  B

    , ˆ ˆ ˆ x x y y z z

     B B a B a B a= + +

    . E  B

    ,

     B

    ,  B ,

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    U F U

    F E E 

    E

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    7

    2 2 2

     x y z B B B B= + +

     

    C

    . C, ,

    .

    E  B

     

    2 2 2 ̂B

     x y z

     B Ba

     B   B B B= =

    + +

     

    A

    , .

    E 01:E , ,

    ( )2, 2, 1P   − −   .

    E 02:

    D ( )

    1, 2,1 M    −   ,( )3, 3,0 N    −  

    ( )2, 3, 4P   − − −   , :

    )  MN 

     R

    ;

    )  MN MP

     R R+

    ;

    )   M r 

    ;

    )  ̂MPa   ;

    )  2 3P N r r +

    .

    1.5  I C

    U ( )

    . N

    .

    E ,

    ,

    . C

    ,   .

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    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    8

    S, , r 

    , G

     

    , , ( )G r 

    ; T   ( )T r 

     

    .

    P

    , ,

    . P ,

    ,

    .

    E 03:

    U S 

     

    ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )2 2 2

    125ˆ ˆ ˆ1 2 1

    1 2 1  x y zS x a y a z a

     x y z = − + − + +

    − + − + +

    .

    )  C S 

      ( )2,4,3P   ;

    )  D S 

      P ;

    )  E ( ), , f x y z   1S   =

    .

    1.6 

    P E

    D  A

       B

    , , ,

     A

    ,  B

      . A,

    cos  AB A B A B   θ ⋅ =

     

    O ,  A

     B . O , ,

    , .

     A B B A⋅ = ⋅

     

    A

    . P ,

    . U

    ˆ ˆ ˆ x x y y z z

     A A a A a A a= + +

      ˆ ˆ ˆ x x y y z z

     B B a B a B a= + +

    . O

    , ,  A B⋅  

     

    , . E,

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    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    9

    ( )   ( )   ( )

    ( ) ( ) ( )( )   ( )   ( )

    ˆ ̂ ˆ ̂ ˆ ̂

    ˆ ̂ ˆ ̂ ˆ ̂

    ˆ ̂ ˆ ̂ ˆ ̂

     x x x x x y x y x z x z

     y x y x y y y y y z y z

     z x z x z y z y z z z z

     A B A B a a A B a a A B a a

     A B a a A B a a A B a a

     A B a a A B a a A B a a

    ⋅ = ⋅ + ⋅ + ⋅

    + ⋅ + ⋅ + ⋅

    + ⋅ + ⋅ + ⋅

     

     

    90,

    ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ   0 x y y x x z z x y z z y

    a a a a a a a a a a a a⋅ = ⋅ = ⋅ = ⋅ = ⋅ = ⋅ =  

    O ,

    ,

     x x y y z z A B A B A B A B⋅ = + +

     

     

    .

    O ,

    22 A A A A⋅ = =

     

    , , ˆ ˆ   1 A Aa a⋅ =   .

    U

    . P ()  B

     

    a

     

    cos cos Ba Ba B a B a Bθ θ ⋅ = =

     

    N . A,  B a⋅

         B

      a

    ,

    .

    P  B

      a

    ,

    () a , , ( ) B a a⋅

    .

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    U F U

    F E E 

    E

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    10

    E 04:

    C ˆ ˆ ˆ2,5 3 x y z

    G ya xa a= − +

      ( )4,5,2Q   . D :

    )  O G

      Q ;)  A G

      Q   ( )13ˆ ˆ ˆ ˆ2 2 N x y za a a a= + −   ;

    )  A G

      Q    ̂N a   ;

    )  O Gaθ    ( )QG r 

       ̂N a   .

    E 05:

    O ( )6, 1, 2 A   −   , ( )2,3, 4 B   − −   ( )3,1,5C   −   .

    D:

    )   AB R

    ;) 

     AC  R

    ;

    )  O  BAC θ     A ;

    )  A  AB R

       AC  R

    ;

    )  O  AB R

       AC  R

    .

    1.7  P V

    D  A

       B

    , , ,  A

     

     B

    , ,  A B×  

    ,  A    B .

    O  A B×  

      ;  A B×  

     

     A

    ,  B

       A

       B

    ;  A B×  

     

     A

       B

     

     A

       B

    , .

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    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    11

    N ,

     ̂N AB A B a A B senθ × =

     

    O  ̂N a   . O

    , ( ) A B B A× = − ×

    .

    S  ̂xa    ̂ya   ,

    ˆ ˆ ˆ x y z

    a a a× =   , ,

     ̂xa    ̂ya    z 

    . D , ˆ ˆ ˆ y z x

    a a a× =   ˆ ˆ ˆ z x y

    a a a× =   .

    O

    ,

     A

       B

     

    , .

    ( )   ( )   ( )

    ( ) ( ) ( )

    ( )   ( )   ( )

    ˆ ̂ ˆ ̂ ˆ ̂

    ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ

    ˆ ̂ ˆ ̂ ˆ ̂

     x x x x x y x y x z x z

     y x y x y y y y y z y z

     z x z x z y z y z z z z

     A B A B a a A B a a A B a a

     A B a a A B a a A B a a

     A B a a A B a a A B a a

    × = × + × + ×

    + × + × + ×

    + × + × + ×

     

     

    J ˆ ˆ ˆ x y z

    a a a× =   , ˆ ˆ ˆ y z x

    a a a× =   ˆ ˆ ˆ z x y

    a a a× =   . O

    , ,

    . E

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    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    12

    ( )   ( )   ( )ˆ ˆ ˆ y z z y x z x x z y x y y x z A B A B A B a A B A B a A B A B a× = − + − + −  

     

    , ,

    ˆ ˆ ˆ x y z

     x y z

     x y z

    a a a

     A B A A A

     B B B

    × =  

     

    U

    ,

    .

    E 06:

    O ( )6, 1,2 A   −   , ( )2,3, 4 B   − −   ( )3,1,5C   −   .

    D:

    )   AB AC  R R×

    ;

    )  A ;)  O .

    1.8 

    S C C C 

    O , , ,

    .

    O ( ,

    , )

    . N

    ,  ρ  

    φ   , 0φ  =   . U

     z  0 z  =   , 0 ρ  =   .

    N

    ,

    . E : ( ρ  = ),

    (φ  = ) ( z = ),

    () .

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    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    13

    O

    ,

    : â ρ 

     , âφ  

     ̂za   . A () .

    O ,

    , ,

    , ˆ ˆ  ̂z

    a a a ρ φ 

    × =   ,

    , ,  ρ , φ    z .

    U

     ρ , φ    z  d  ρ , d φ   dz . O  ρ d  ρ ρ +   , φ   d φ φ +  

     z   z dz+   , () . N

    d  ρ   dz  , d φ   ; d  ρ φ   . O

    d d dz ρ φ ρ    , ,

    , .

    A

    . T

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    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    14

    cos x

     y sen z z

     ρ φ 

     ρ φ 

    =

    ==

     

    D ,  x ,  y   z 

    ( )2 2 0

    arctan

     x y

     y

     x

     z z

     ρ ρ 

    φ 

    = + ≥

    =

    =

     

    O φ    x   y , .

    D

    ˆ ˆ ˆ x x y y z z

     A A a A a A a= + +

     

    , ,

    ˆ ˆ ˆ z z

     A A a A a A a ρ ρ φ φ = + +

     

    P

    . A,

    ˆ

    ˆ

    ˆ z z

     A A a

     A A a

     A A a

     ρ ρ 

    φ φ 

    = ⋅

    = ⋅

    = ⋅

     

    ,

    ˆ ˆ ˆ ˆ

    ˆ ˆ ˆ ˆ

     x x y y

     x x y y

     z z

     A A a a A a a

     A A a a A a a

     A A

     ρ ρ ρ 

    φ φ φ 

    = ⋅ + ⋅

    = ⋅ + ⋅

    =

     

    A ,  ̂xa   â ρ   φ  ,

    , ˆ ˆ   cos x

    a a ρ 

      φ ⋅ =   ;  ̂y

    a   â ρ 

      90º   φ −   , ˆ ˆ y

    a a sen ρ 

      φ ⋅ =   . O

    .

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    15/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    15

    P

    â ρ   âφ    ̂za  

     ̂xa   ⋅   cosφ   senφ −   0

     ̂ya   ⋅   senφ   cosφ   0

     ̂za   ⋅   0 0 1

    A

    , ,

    E 07:

    T ( ) ˆ ˆ ˆ x y z

     B ya xa za= − +

      .

    E 08:P:

    )  D ( 4, 4; 115º; 2)C z ρ φ = = − =   ;

    )  D ( 3,1; 2,6; 3) D x y z= − = = −   ;

    )  D C    D .

    E 09:P:

    )  E 2 2

    ˆ ˆ x y xa ya

     D x y

    +=

    +

     

    ;

    )  C  D

      ( )2; 0,2 ; 5 z ρ φ π = = =   .

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    16/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    16

    E 10:

    T :)  ˆ ˆ ˆ10 8 6

     x y zF a a a= − +

      ( )10, 8,6P   −   ;

    )  ( ) ( )ˆ ˆ2 4 x yG x y a y x a= + − −

      ( ), ,P z ρ φ    ;

    )  D ˆ ˆ ˆ20 10 3 z

     H a a a ρ φ = − +

     

    ( )5, 2, 1P x y z= = = −   .

    1.9  S C E 

    A () .

    I, r  . A r  =

    .

    A θ    z 

    . A θ   =  .

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    17/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    17

    A φ  , φ  

    . E  x  0 z  =   . A φ  =  z .

    P

    ,

    () .

    O ˆr a   , âθ   âφ   . O

    ,

    ˆ ˆ ˆr 

    a a aθ φ 

    × =   . P , ,

    , r  , θ   φ  , () . N

    φ   , , 3

    2.

    U

    r  , θ   φ   dr  , d θ   d φ , () . A

    r   r dr +   dr   ; θ  

    d θ θ +   r d θ   φ   d φ φ +  

    r sen d  θ φ  . O 2r sen dr d d  θ θ φ  .

    A

    cos

    cos

     x r sen

     y r sen sen

     z r 

    θ φ 

    θ φ 

    θ 

    =

    =

    =

     

    A

    ( )

    ( )

    2 2 2

    2 2 2

    0

    arccos 0º 180º

    arctan

    r x y z r  

     z

     x y z

     y

     x

    θ θ 

    φ 

    = + + ≥

    = ≤ ≤

    + +

    =

     

    A

    . O

    . O .

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    18/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    18

    P

    ˆr a   âθ   âφ  

     ̂xa   ⋅   sen cosθ φ   cos cosθ φ   senφ −  

     ̂ya   ⋅   sen senθ φ   cos senθ φ   cosφ  

     ̂za   ⋅   cosθ   senθ −   0

    P, ,

    , ,

    cos

    r sen

     z r 

     ρ θ 

    φ φ 

    θ 

    =

    =

    =

     

    A

    ( )

    ( )

    2 20

    arccos 0º 180º

    r z r 

     z

     ρ 

     ρ θ θ 

    φ φ 

    = + ≥

    = ≤ ≤

    =

     

    J

    . E

    .

    P

    ˆr a   âθ   âφ  

    â ρ  ⋅   senθ   cosθ   0

    âφ   ⋅   0 0 1

     ̂za   ⋅   cosθ   senθ −   0

    E 11:

    C  ̂x

     xzG a

     y=

     ( ) .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    19/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    19

    E 12:

    D , ( )3,2,1 A   −   ( )5, 20º , 70º B   −   , :)  A  A ;

    )  A  B ;

    )  A  A   . B  

    E 13:T :

    )  ˆ10  xa   ( )3,2,4P   −   ;

    )  ˆ10  ya   ( )5,30º,4Q   ;

    )  ˆ10  za   ( )4,110º,120º M    .

    E 14:T :

    )  ˆ15a ρ   ( )1, 3,5P   −   ;

    )  ˆ15aφ   ( )2, 10º, 3Q   − −   ;

    )  ˆ15 za   ( )3,45º,60º M    .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    20/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    20

    2   LEI DE COULOMB E INTENSIDADE DE CAMPO ELTRICO 

    2.1  L C

    L C: ,

    , ,

    1 2

    2

    Q QF k 

     R=

      [N] 

    O k   C. E

    , ,

    .

    A k  

    0

    1

    4k 

    πε =  

    0ε   , ,

    SI (S I),

    12 2 2

    0  8,85418781762 10 /  C N mε    −= × ⋅

     

    9 2 28,99 10 /  k N m C  = × ⋅  

    A C

    1 22

    04Q QF 

     Rπε =  

    P C,

    . P, ,

    .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    21/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    21

    N , 1r 

      1Q  2r 

      2Q   . E

    12 2 1 R r r = −

      1Q  2Q  , . O 2F 

     

    2Q   1Q  2Q   . A

    C

    1 22 122

    0 12

    ˆ4

    Q QF a

     Rπε =

     

    12â   =   12 R

    . E

    , ( ).

    E 01:

    S 41

      3.10Q C −=   ( )1,2,3 M    42   10Q C −

    = −  

    ( )2,0,5 N    . E 1Q  2Q   .

    E 02:

    U 20 AQ C  µ = −   ( )6,4,7 A   −   50 BQ C  µ =  

    ( )5,8, 2 B   −   . S ,

     AQ    BQ   .

    2.2  I C E

    S 1Q  ,

    , t Q  , ,

    ; ,

    . A

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    22/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    22

    112

    0 1

    ˆ

    4

    t t t 

    Q QF a

     Rπε 

    =

     

    A

    t F 

      t Q  . U  E  

    ,

    112

    0 1

    ˆ4

    t t 

    t t 

    F    Q E a

    Q Rπε = =

     

    A N C, , . D ,

    2

    0

    ˆ4

      R

    Q E a

     Rπε =

     

    R  R    R

    ,

    Q    E 

      ,  ̂Ra  

     R

    .

    S Q   ,  ̂Ra  

    ˆr a   ,  R   r  . A,

    2

    0

    ˆ4

      r 

    Q E a

    r πε =

     

    J ,

    ˆ ˆ ˆ x y z

     R r xa ya za= = + +

     2 2 2

    ˆ ˆ ˆˆ   x y z R  xa ya zaa x y z

    + +=

    + +; ,

    ( )2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 20ˆ ˆ ˆ

    4  x y z

    Q x y z E a a a

     x y z   x y z x y z x y zπε 

    = + + + +   + + + + + +

     

    E, ,

    , .

    S , , . P Q  

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    23/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    23

    ˆ ˆ ˆ' ' ' ' x y z

    r x a y a z a= + +

    , ,

    ˆ ˆ ˆ x y zr xa ya z a= + + ,  R

      'r r −

    ,

    ( )   20

    '

    '4 '

    Q r r  E r 

    r r r r πε 

    −=

    −−

     

    ( )  ( )

    3

    0

    '

    4 '

    Q r r  E r 

    r r πε 

    −=

     

    ( )  ( ) ( ) ( )

    ( ) ( ) ( )3/2

    2 2 2

    0

    ˆ ˆ ˆ' ' '

    4 ' ' '

     x y zQ x x a y y a z z a

     E r  x x y y z zπε 

    − + − + −

    = − + − + −

     

    P

    , ,

    ,

    ( )   1 21 22 2 20 1 0 2 0

    ˆ ˆ ˆ4 4 4

    nn

    n

    QQ Q E r a a ar r r r r r  πε πε πε  

    = + + +− − −

     

    A

    P   1Q  2Q   .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    24/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    24

    E 03:

    D ( )1,1,1P   3 nC  

    ( )1  1,1,0P   , ( )2   1,1,0P   −   , ( )3   1, 1,0P   − −   ( )4   1, 1,0P   −   , .

    E 04:

    U 3   C  µ −   ( )25, 30,15 A   −   ( cm )

    0,5   C  µ    ( )10,8,12 B cm−   . D  E 

    :

    )  N ;

    )  E ( )15,20,50P cm .

    E 05:

    U 100 nC   ( )1,1,3 A   −   . P:

    )  E ( ), ,P x y z   500 /  x E V m=   ;

    )  D 1 y   ( )12, , 3 A y−   .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    25/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    25

    2.3  C D D V C

    C

    C ,

    v ρ   , C

    (C/3).

    U Q∆   v∆  

    vQ v ρ ∆ = ∆  

    A ,

    v

    vol

    Q dv ρ = ∫  

    N , dv  

    , , .

    E 06:

    D 2 cm   .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    26/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    26

    E 07:

    C :

    )  1 , , 2 x y z≤ ≤   3 3 3

    1v

     x y z ρ    =   ;

    )  0,1;0 ;2 4o z ρ φ π ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤   ( )2 2sen 0,6v   z ρ ρ φ =   ;

    )  U 2

    2

    v

    e

    r  ρ 

    =   .

    2.4  C L C

    C ,

     L ρ   , C (C/).

    C  z 

    ( ) −∞   ∞ , . D

     E 

     

     L ρ   .

    E ( )0, ,0P y    y  . A

    P   ' LdQ dz ρ =   ,

    ( )3

    0

    '

    4 '

    Q r r  E 

    r r πε 

    −=

      ( )

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    27/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    27

    ( )3

    0

    ' '

    4 '

     L dz r r  dE 

    r r 

     ρ 

    πε 

    −=

      ( )

    ˆ ˆ

    ˆ' '

     y

     z

    r ya a

    r z a

     ρ  ρ = =

    =

     

    ˆ ˆ' ' z

    r r a z a ρ 

     ρ − = −

     

    P,

    ( )

    ( )3/2

    2 2

    0

    ˆ ˆ' '

    4 '

     L zdz a z a

    dE  z

     ρ  ρ ρ 

    πε ρ 

    −=

    +

     

    P , ,  z E 

      ,

     E  ρ 

    ,

    ( )3/2

    2 2

    0

    '

    4 '

     L   dzdE  z

     ρ 

     ρ ρ 

    πε ρ =

    ( )3/2

    2 2

    0

    '

    4 '

     L   dz E  z

     ρ 

     ρ ρ 

    πε ρ 

    −∞=

    +∫  

    I ,

    2 2 20

    1 '

    4   '

     L  z

     E  z

     ρ 

     ρ  ρ 

    πε ρ    ρ 

    −∞

    = +

     

    02

     L E  ρ  ρ 

    πε ρ 

    =

     

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    28/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    28

    , :

    0

    ˆ2

     L E a ρ  ρ 

    πε ρ =

     

    E , .

    D

     z  . C ,  z 

    6 x  =   , 8 y  =   , . D  E 

     

    ( ), ,P x y z   .

    N ,

     ρ   P , ( ) ( )2 2

    6 8 R x y= − + −  

    â ρ 

       ̂Ra   . A,

    ( ) ( )2 2

    0

    ˆ2 6 8

     L R E a

     x y ρ 

    πε =

    − + −

     

    ( ) ( )

    ( ) ( )2 2

    ˆ ˆ6 8ˆ

    6 8

     x y

     R

     x a y aa

     x y

    − + −=

    − + −

     

    P,

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    29/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    29

    ( ) ( )

    ( ) ( )2 20

    ˆ ˆ6 8

    2   6 8

     x y L  x a y a

     E   x y

     ρ 

    πε 

    − + −=

    − + −

     

    N, ,  z  . D ,

    :

    0

    ˆ2

     L R E a

     R

     ρ 

    πε =

     

    E 08:

    U 16 / nC m   2 y = −   ,

    5 z  =   . D ( )1,2,3P   .

    E 09:

    D 5 / nC m    x   y  

    . D :

    )  ( )0,0,4 AP   ;

    )  ( )0,3,4 BP   .

    2.5  C L C

    O S  ρ  

    2 / C m   . E .

    C  yz , .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    30/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    30

    U , ,

    , ,

    . A ' L S dy ρ ρ =   . A

    ,

    0

    ˆ2

     L R E a

     R

     ρ 

    πε =

      ( )

    0

    2

    S  R

    dydE a

     R

     ρ 

    πε =

      ( )

    ˆ

    ˆ' '

     x

     y

    r xa

    r y a

    =

    =

     

    ˆ ˆ' ' x y R r r xa y a= − = −

     

    2 2' R R x y= = +

     

    2 2

    ˆ ˆ'ˆ

    '

     x y

     R

     xa y a Ra

     R   x y

    −= =

    +

     

    P,

    ( )

    ( )2 20

    ˆ ˆ' '

    2 '

    S x ydy xa y adE 

     x y

     ρ 

    πε 

    −=

    +

     

    A ,  y E 

      ,  x E 

    ,

    ( )2 20

    '

    2 '

    S  x

     x dydE 

     x y

     ρ 

    πε =

    ( )2 2

    0

    '

    2 '

    S  x

     x dy E 

     x y

     ρ 

    πε 

    −∞=

    +

    ∫  

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    31/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    31

    I ,

    0

    '

    2

    S  x

     y E arctg

     x

     ρ 

    πε 

    −∞

    =

     

    02

    S  x E 

      ρ 

    ε =

     S P    x ,

    02

    S  x E 

      ρ 

    ε = −  

    , .

    E  ̂N a   ,

    . E,

    0

    ˆ

    2

    S  N  E a

     ρ 

    ε 

    =

     

    S , S  ρ −   ,

     x a=   ,

    . N  x a>   ,

    0 0

    02 2

    S S  x x

     E E E a a ρ ρ 

    ε ε + −

    = + = − =

     

    0 x  <   ,

    ( ) ( )0 0

    02 2

    S S  x x E E E a a

     ρ ρ 

    ε ε + −

    = + = − − − =

     

    0   x a< <   ,

    ( )0 0 02 2

    S S S  x x x E E E a a a

     ρ ρ ρ 

    ε ε ε + −

    = + = − − =

     

    E ,

    , .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    32/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    32

    E 10:

    T :23 / nC m   4 z = −   ;

    26 / nC m   1 z =   28 / nC m−   4 z  =   . D

    :

    )  ( )2,5, 5 AP   −   ;

    )  ( )4,2, 3 BP   −   ;

    )  ( )1, 5,2C P   − −   ;

    )  ( )2,4,5 DP   −   .

    2.6 

    L F E C

    A

    . E .

    P , :

    •  A .

    •  A

    .

    •  A

    .

    C, ,

    , ,

    , .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    33/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    33

    N , 0 z E   =   . A

     z  . N ,

    ,  x E    y E   .

    A

     y

     x

     E    dy

     E dx=  

    C

    02 L ρ πε =   ,

    1ˆ E a ρ 

     ρ =

     

    E ,

    2 2 2 2ˆ ˆ

     x y x y E a a

     x y x y= +

    + +

     

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    34/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    34

    A,

     y

     x

     E dy y

    dx E x= =  

    dy dx

     y x=  

    P,

    ln ln y x C = +   ln ln ln y x C = +  

    ,

     y C x=  

    S ,

    C.

    E 11:

    D ( )1,4, 2P   −   :

    ) 2

    2

    8 4ˆ ˆ

     x y

     x x E a a

     y y

    −= +

    ;

    )  ( )5 ˆ ˆ2 5 1 x  x y E e y x a xa = + +

    .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    35/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    35

    3   DENSIDADE DE FLUO ELTRICO, LEI DE GAUSS E

    DIVERGNCIA 

    3.1  D F E

    A F

    . A

    Q+   , ,

    . C F , ,

    .

    E

    ,

    . O Ψ  () , ,

    QΨ =  

    O C. P , ,

    , .

    A  

    . T  D

    . A  D

     

    ,

    . A

     D

     , , C (

    , ).

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    36/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    36

    N, ,

    2  ˆ

    4  r 

    r a

    Q D a

    aπ ==

      ( )

    2  ˆ

    4  r 

    r b

    Q D a

    bπ ==

      ( )

    r  , a r b≤ ≤   ,

    2

      ˆ4   r 

    Q D a

    r π =

     

    S Q,

    r  

    .

    C

    2

    0

    ˆ4

      r 

    Q E a

    r πε =

     

    , ,

    0 D E ε =

     

    E ,

    , ,

    , .

    E 01:

    E  D

      8 / nC m    z  .

    E 02:

    C  D

      ( )2, 3,6P   −  

    :

    )  55Q mC =   ( )2,3, 6 M    − −   ;

    )  20 /  L   mC m ρ    =    x ;

    )  2120 /  S    C m ρ µ =   5 z  = −   .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    37/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    37

    3.2  L G

    I , ,

    , . S

    Q+   C, Q  C ,

     D

      S 

     D

    , S    D

     

    , S 

     D

     

    .

    E , ,

    S ∆

      ,

    ( ∆Ψ ) :

    S normal S   D S D S ∆Ψ = ∆ = ⋅ ∆

     

    O

    S ∆

    ,

    S S  D dS Ψ = ⋅∫

     

      ( )

    E , , . T . T, ,

    G,

    carga envolvidaS 

    S  D dS QΨ = ⋅ = =∫

     

     

    A , ,

    , , . C

    , L

    G

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    38/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    38

    S vS vol D dS dv ρ ⋅ =∫ ∫

     

    .

    P G,

    F Q  

    r  . T

    ( )0 0   20

    2

    2 2 2

    ˆ4

    ˆ   44 4 4

    S r S S S 

    r S S 

    Q D dS E dS a dS 

    Q Q Qa dS dS r Q

    r r r 

    ε ε πε 

    π π π π 

    ⋅ = ⋅ = ⋅

    = ⋅ = = =

    ∫ ∫ ∫

    ∫ ∫

     

    Q  C ,

    , Q  C. A

     D

      dS 

    , ,

    J

    22 2

    0 04esferaS r sen d d r  

    φ π θ π  

    φ θ θ θ φ π  

    = =

    = == =∫ ∫  

    , ,

    .

    V

    S S  D dS Ψ = ⋅∫

        ( )

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    39/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    39

    E 03:

    D 60   C  µ    , :

    )  26r cm=   0 /2θ π < <   0 /2φ π < <   ;

    )  26 cm ρ  =   26 z cm= ±   ;

    )  26 z cm=   .

    E 04:

    D 2 2ˆ0,3 /  r  D r a nC m=

      , :

    )   E 

      ( )2,25º,90ºP   .

    )  3r  =   .)  4r  =   .

    E 05:

    C , , 5 x y z = ±  

    :

    )  , 0,1   C  µ    ( )1, 2,3−   17   C  µ    ( )1,2, 2− −   ;

    )   / C mπ µ    2 x = −   3 y =   ;

    )  20,1 /  C m µ    3 y x=   .

    3.3  A L G: A D S

    C

    A G

    :

    1. S 

     D

      ,

    S  D dS ⋅

      S  D dS ⋅   , .

    2.  N S 

     D dS ⋅

      ,S  D   .

    I S  D   dS  

    S  D   . A , ,

     D

      , .

    V Q  

    . A

    , r  

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    40/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    40

    .S 

     D

      ;S  D  

    .

    T, ,

    22

    0 0

    24

    S S S esfera

    S S esfera

    Q D dS D dS  

     D dS D r sen d d 

    r D

    φ π θ π  

    φ θ θ θ φ 

    π 

    = =

    = =

    = ⋅ =

    = =

    =

    ∫ ∫

    ∫ ∫ ∫

     

    24S Q

     D r π =  

    C r   S  D

      ,

    2  ˆ

    4  r 

    Q D a

    r π =

     

    2

    0

    ˆ4

      r 

    Q E a

    r πε =

     

    C.

    C ,

     z  −∞   +∞ .

    N ,  D ρ 

     

     z  . A

     ρ   0 z  =    z L=   .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    41/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    41

    A G

    2

    0 00 0 2

    S S S S S  S cilindro lateral topo base

     z L

    S S S lateral z

    Q D dS D dS D dS D dS D dS  

     D dS D d dz D Lφ π 

    φ  ρ φ πρ 

    = =

    = =

    = ⋅ = ⋅ = ⋅ + ⋅ + ⋅

    = + + = =

    ∫ ∫ ∫ ∫ ∫

    ∫ ∫ ∫

     

    2

    Q D

     Lπρ =  

    E :2 2

     L LS 

     L D

     L

     ρ ρ 

    πρ πρ  = =   . R ,

    ˆ2

     L D a ρ  ρ 

    πρ =

     

    0

    ˆ2

     L E a ρ  ρ 

    πε ρ =

     

    E C.

    U . S

    , a   b  ,

    , . C S  ρ  

    . A .

    U  L    ρ , a b ρ < <   ,

    ,

    2S Q D Lπρ =  

    2

    Q D

     Lπρ =  

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    42/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    42

    E :2

    2

    S S S 

    aL a D

     L

     ρ π ρ 

    πρ ρ 

    = =   . P ,

    ,  LQ L ρ =   , ,2 2

     L LS 

     L D

     L

     ρ ρ 

    πρ πρ  = =   . E

    ,

    ˆ2

     L D a ρ  ρ 

    πρ =

     

    0

    ˆ2

     L E a ρ  ρ 

    πε ρ =

     

    .

    C b ρ  >   , , . U

    a ρ  <   ,

    , .

    E 06:

    C 50 cm   1 mm 

    4 mm , . A

    30 nC   . C , G,

    , .

    E 07:

    U 0,25   C  µ    ,

    : 22 / mC m   1r cm=   20,6 /  mC m−  

    1,8r cm=   . C :

    )  0,5r cm=   ;

    )  1,5r cm=   ;

    )  2,5r cm=   ;

    )  Q 3r cm=

      3,5r cm=   ?

    3.4  A L G: E D V

    A G

    . P

    , G,

     D

      ,

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    43/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    43

     D

     

     D

      T.

    C P  , ,

    . O  D

     

    ,0 0 0 0

    ˆ ˆ ˆ x x y y z z

     D D a D a D a= + +

    .

    E , P ,

     x∆   ,  y∆    z∆   , G,

    S S frente atrás esquerda direita topo base D dS Q⋅ = + + + + + =∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫

     

    , , .

    C ,

    ,

    ˆ

     frente frente frente

     frente x

     x frente

     D S 

     D y z a D y z

    = ⋅ ∆

    = ⋅ ∆ ∆

    = ∆ ∆

    ∫ 

     

     x D   . A

     / 2 x∆   P ,

    , 0

    0

     taxa de variação de com2

    2

     x frente x x

     x x

     x D D D x

     D x D

     x

    ∆= + ×

    ∂∆= +

     

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    44/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    44

    T,

    02

     x x

     frente

     D x D y z

     x

    ∂∆ = + ∆ ∆

    ∂ ∫  

    C ,

    ( )

    ,

    ˆ

    atrás atrásatrás

    atrás x

     x atrás

     D S 

     D y z a

     D y z

    = ⋅ ∆

    = ⋅ −∆ ∆

    = − ∆ ∆

    ∫ 

     

    , ,

    , 02

     x x atrás x

     D x D D

     x

    ∂∆= −

    ∂ 

    0

    2

     x x

    atrás

     D x D y z

     x

    ∂∆ = − + ∆ ∆

    ∂ ∫  

    S ,

     x frente atrás

     D  x y z x

    ∂+ = ∆ ∆ ∆

    ∂∫ ∫  

    U ,

     y

    direita esquerda

     D x y z

     y

    ∂+ = ∆ ∆ ∆

    ∂∫ ∫  

     z

    topo base

     D x y z

     z

    ∂+ = ∆ ∆ ∆

    ∂∫ ∫  

    S  x y z v∆ ∆ ∆ = ∆   , :

     y x   zS 

     D D   D D dS Q v

     x y z

    ∂ ∂   ∂⋅ = = + + ∆

    ∂ ∂ ∂ ∫

     

     

    A v∆   .

    E 08:

    D 9 310   m−  

    , ( ) ( )   2ˆ ˆ ˆsen cos 2 /   x x x y z D e y a e y a za C m− −= − +

    .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    45/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    45

    E 09:

    N , 4 2 4 2 3 2ˆ ˆ ˆ8 4 16 /   x y z D xyz a x z a x yz a pC m= + +

    . D:

    )  2 z  =   , 0 2 x< <   , 1 3 y< <  

     ̂za   ;

    )  ( )2, 1,3P   −   ;

    ( )2, 1,3P   −   12 310   m− .

    3.5  D

    N ,

     y x   zS 

     D D   D D dS Q v

     x y z

    ∂ ∂   ∂⋅ = = + + ∆

    ∂ ∂ ∂ ∫

     

     

    O , v∆  

    . E

    S  y x S  z D dS  D D D   Q

     x y z v v

    ⋅∂ ∂ ∂+ + = =

    ∂ ∂ ∂ ∆ ∆

    ∫ 

     

    P, ,

    0 0lim lim

    S  y x S  z

    v v

     D dS  D D D   Q

     x y z v v∆ → ∆ →

    ⋅∂ ∂ ∂+ + = =

    ∂ ∂ ∂ ∆ ∆

    ∫ 

     

    v ρ   ,

    0lim

      S  y x S  zv

    v

     D dS  D D D

     x y z v ρ 

    ∆ →

    ⋅∂ ∂ ∂+ + = =

    ∂ ∂ ∂ ∆

    ∫ 

     

    P , , ,

    0lim

      S  y x S  z

    v

     D dS  D D D

     x y z v∆ →

    ⋅∂ ∂ ∂+ + =

    ∂ ∂ ∂ ∆

    ∫ 

     

    .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    46/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    46

    A  D

    ,

     A

     (, , , .). P

    0lim

     y x S  z

    v

     A dS  A A A

     x y z v∆ →

    ⋅∂ ∂ ∂+ + =

    ∂ ∂ ∂ ∆

    ∫ 

     

    E

    , . A  A

     

    0Divergência de div lim   S 

    v

     A dS  A Av∆ →⋅= =

    ∆∫

     

     

     A

    . E  A

     

    . A :

    A  A

     

    .

    P ,

    . O , ,

    , .

    P .

    E,

    , ,

    , . A

    , , . J ,

    .

    U

    . D ,

    (). C ,

    .

    A

    div y x   z

     D D   D D

     x y z

    ∂ ∂   ∂= + +

    ∂ ∂ ∂

     

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    47/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    47

    E . C

    , .

    ( )1 1

    div  z D   D

     D D z

    φ 

     ρ  ρ 

     ρ ρ ρ φ 

    ∂ ∂∂= + +

    ∂ ∂ ∂

     

    ( )   ( )221 1 1

    div r  D

     D r D sen Dr r r sen r sen

    φ 

    θ θ θ θ θ φ  

    ∂ ∂ ∂= + +

    ∂ ∂ ∂

     

    A , ,

    ,

    .

    E 10:

    D div D

     

    ( ) ( )   2ˆ ˆ ˆsen cos 2 /   x x x y z D e y a e y a za C m− −

    = − +

    .

    E 11:

    D div D

     

    :)  ( ) ( )2 2 2 2ˆ ˆ ˆ2 2 /  x y z D xyz y a x z xy a x ya C m= − − − +

      ( )2,3, 1P   −   ;

    )  ( ) ( ) ( )2 2 2 2 2 2ˆ ˆ ˆ2 sen sen 2 2 sen /   z D z a z a z a C m ρ φ  ρ φ ρ φ ρ φ = − +

      ( )2,110º, 1P   −   ;

    )  ( ) ( ) ( ) ( ) ( )   2ˆ ˆ ˆ2 sen cos cos cos sen /  r  D r a r a r a C mθ φ θ φ θ φ φ  = + −

      ( )1,5;30º;50ºP   .

    3.6  P E M (E)

    A

    0div lim

      S S 

    v

     D dS  D

    v∆ →

    ⋅=

    ∫ 

     

    div y x   z

     D D D D

     x y z

    ∂∂ ∂= + +

    ∂ ∂ ∂

     

    div v D   ρ =

     

    A ;

    ,

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    48/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    48

    . E

    ( )  Lei de GaussS S  D dS Q⋅ =∫

     

     

    S S  D dS  Q

    v v

    ⋅=

    ∆ ∆

    ∫ 

     

    0 0lim lim

    S S 

    v v

     D dS  Q

    v v∆ → ∆ →

    ⋅==

    ∆ ∆

    ∫ 

     

    divv D   ρ =

     

    E M. E

    . A M

    G. D , G

    M.

    A ;

    .

    E 12:D :

    ) 2 2

    2

    2

    4 2 2ˆ ˆ ˆ   /  x y z

     xy x x y D a a a C m

     z z z= + +

    ;

    )  ( ) ( ) ( )   2ˆ ˆ ˆsen cos sen /   z D z a z a a C m ρ φ φ φ ρ φ  = + +

    ;

    )  ( ) ( ) ( ) ( ) ( )   2ˆ ˆ ˆsen sen cos sen cos /  r  D a a a C mθ φ θ φ θ φ φ  = + +

    .

    3.7  O O V ∇

    (N) T D

    D ∇

      ,

    :

    ˆ ˆ ˆ x y za a a

     x y z

    ∂ ∂ ∂∇ = + +

    ∂ ∂ ∂

     

    C ∇

       D

    ,

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    49/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    49

    ( )ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ x y z x x y y z z D a a a D a D a D a x y z

    ∂ ∂ ∂∇ ⋅ = + + ⋅ + +

    ∂ ∂ ∂

     

     y x   z D D D

     D x y z

    ∂∂ ∂∇ ⋅ = + +

    ∂ ∂ ∂

     

    I  D

    ,

    div y x   z

     D D   D D D

     x y z

    ∂∂   ∂= ∇ ⋅ = + +

    ∂ ∂ ∂

     

    O  D∇ ⋅   div  D . A ,

     D∇ ⋅

      .

    O ∇

      . S

     D

      ,  D∇ ⋅

     

     D

    , , ∇

     

    .

    I . E

    . P G,

    S  D dS Q⋅ =∫

     

     

    vvol

    Q dv ρ = ∫  

    v ρ   ,

    v D   ρ ∇ ⋅ =  

    vS vol vol D dS Q dv D dv ρ ⋅ = = = ∇ ⋅∫ ∫ ∫

     

    A ,

    S vol D dS D dv⋅ = ∇ ⋅∫ ∫

     

    :

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    50/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    50

    A

    .

    N,

    . S

    .

    O ,

    ,

    . A ,

    , ,

    . E , , ,

    .

    E 13:

    C 2 2ˆ ˆ2 /  x y D xya x a C m= +

     

    0 1 x e=   ,   0 2 y e=   0 3 z e=   .

    E 14:

    D ( ) ( )   21 12 2ˆ ˆ6 sen 1,5 cos /   D a a C m ρ φ  ρ φ ρ φ = +

     

    2 ρ  =   ,   0 eφ π =   0 5 z e=   .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    51/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    51

    4   ENERGIA POTENCIAL E POTENCIAL ELTRICO 

    4.1  T E M C I

    C E

    S ,

    ,

    . J

    , ; , .

    A Q    E 

     

     E F QE =

     

    A dL

     

    ˆ ˆ EL E L L

    F F a QE a= ⋅ = ⋅

     

     ̂La   dL

    .

    A

    , ,

    ˆaplicada L

    F QE a= − ⋅

     

    J

    . P

    Q    ̂La  

    ( )ˆ ˆ L LdW QE a dL QE a dL QE dL= − ⋅ = − ⋅ = − ⋅

     

     ̂La dL   dL

    .

    O

     final

    inicialW Q E dL= − ⋅

     

     

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    52/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    52

    . C, ,

    .

    E 01:

    D ( )   ( )2 221

    ˆ ˆ ˆ8 4 4 /   x y z E xyza za x ya V m z

    = + −

    ,

    6 nC   2   m µ    ,

    ( )2, 2,3P   −   :

    ) 6 3 2

    ˆ ˆ ˆ ˆ7 7 7

     L x y za a a a= − + +   ;

    ) 6 3 2

    ˆ ˆ ˆ ˆ7 7 7

     L x y za a a a= − −   .

    4.2  I L

    A , ,

    . S ,

     final

     LinicialW Q E dL= −

    ∫  

     L E    =    E 

      dL

    .

    O ,

     B    A  

    . O .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    53/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    53

    O Q    B    A  , ,

    ( )1 1 2 2 6 6 L L LW Q E L E L E L= − ∆ + ∆ + + ∆…  

    , ,

    ( )1 1 2 2 6 6W Q E L E L E L= − ⋅ ∆ + ⋅ ∆ + + ⋅ ∆

    …  

    ,

    ( )1 2 6W QE L L L= − ⋅ ∆ + ∆ + + ∆

    …  

    A ,

    , BA

     L

    . P,

    ( )uniforme BAW QE L E  = − ⋅

     

    P ,

    Q,  E 

      BA

     L

    . E

    , ,  B    A  

    .

    N dL

      ,

    .

    ˆ ˆ ˆ  (coordenadas cartesianas)

    ˆ ˆ ˆ   (coordenadas cilíndricas)

    ˆ ˆ ˆ   (coordenadas esféricas)

     x y z

     z

    dL dxa dya dza

    dL d a d a dza

    dL dra rd a r sen d a

     ρ φ 

    θ φ 

     ρ ρ φ 

    θ θ φ 

    = + +

    = + +

    = + +

     

    P , , .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    54/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    54

    O ,

    0

    ˆ ˆ2

     L E E a a ρ ρ ρ  ρ 

    πε ρ = =

     

    D 1 ρ   ,

    (), 1   ˆdL d aφ  ρ φ =

    , :

    2

    1

    0 0 1

    2

    00

    ˆ ˆ 

    2

    ˆ ˆ  02

     final

    inicial

     L

     L

    W Q E dL

    Q a d a

    Q d a a

    π 

     ρ φ 

    π 

     ρ φ 

     ρ  ρ φ 

    πε ρ  ρ 

    φ πε 

    = − ⋅

    = − ⋅

    = − ⋅ =

     

    C a ρ  =   b ρ  =  

    , () . A, ˆdL d a ρ 

     ρ =

     

    0

    0

    0

    ˆ ˆ2

     2

      ln2

    b

    a

    b

    a

     L

     L

    b L

    a

    W Q a d a

    d Q

    Q

     ρ 

     ρ ρ  ρ 

     ρ 

     ρ 

     ρ  ρ 

    πε ρ 

     ρ ρ 

    πε ρ 

     ρ  ρ 

    πε ρ 

    = − ⋅

    = −

    = −

    ∫  

    Cb

     ρ   a ρ   , ,

    , , . J b ρ  

    a ρ  , ,

    0

    ln2

    b L

    a

    QW 

      ρ  ρ 

    πε ρ =  

    N , ( )

    .

    E 02:

    D ˆ ˆ ˆ2 x y z E ya xa a= + +

    ,

    2C   ( )1,0,1 B   ( )0,8;0,6;1 A   2 2

    1 x y+ =   1 z  =   .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    55/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    55

    E 03:

    C 4C   ( )1,0,0 B   ( )0,2,0 A   2 2 , 0 y x z= − =   :

    )  ˆ5 /  x E a V m=

    ;

    )  ˆ5 /  x E xa V m=

    ;

    )  ˆ ˆ5 5 /  x y

     E xa ya V m= +

    .

    E 04:

    ( ) C ( )ˆ5 /  x E xa V m=

    ,

    3C   ( )1,3,5 B   ( )2,0,3 A   :

    )  ( )1,3,5 B   ( )2,3,5   ( )2,0,5   ( )2,0,3 A   ;

    )  ( )1,3,5 B   ( )1,3,3   ( )1,0,3   ( )2,0,3 A   .

    4.3  D D P P E

    D    ( )

    ( )1Q  =   ,

    Diferença de Potencial final

    inicialV E dL= = − ⋅∫

       

    A  ABV     A    B , 

     B    A . A,

    ( )  V A

     AB B

    V E dL= − ⋅∫ 

     

     , ,

    , .

    N ,

    Q   b ρ   a ρ  

    0

    ln2

    b L

    a

    QW 

      ρ  ρ 

    πε ρ =  

    A, b

     ρ   a

     ρ  

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    56/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    56

    0

    ln

    2

    b Lab

    a

    W V 

    Q

     ρ  ρ 

    πε ρ 

    = =  

    J ,  A    B  

     Ar 

     

     Br 

      , Q ,

    2

    0

    ˆ ˆ4

    r r r 

    Q E E a a

    r πε = =

     

    ˆr 

    dL dr a=

     

    2

    0 0

    1 1

    4 4

     A

     B

     A r 

     AB B r 

     A B

    Q QV E dL dr  

    r r r πε πε  

    = − ⋅ = − = −

    ∫ ∫

     

    S B Ar r >   ,  ABV    ,

     Br  

     Ar  . I

    .

    M , ,

    ,

    ,

    .

    O  

    , T. O

    . E

    . M ,

    . N, ,

    .

    S  A    AV    B    BV  ,

     AB A BV V V = −  

     AV    BV  

    . O  ABV   

     AB B Ar r r = −

    .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    57/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    57

    E 05:

    U ( )2 ˆ ˆ ˆ6 6 4 /   x y z E x a ya a V m= + +

    . D:

    )  MN V    ( )2,6, 1 M    −   ( )3, 3,2 N    − −   ;

    )  M V    0V   =   ( )4, 2, 35Q   − −   ;

    )  N V   2V   =   ( )1,2, 4P   −   .

    4.4  C P C P

    N ,

     Ar r =    Br r =   , Q  

    .

    0

    1 1

    4 AB A B

     A B

    QV V V 

    r r πε 

    = − = −

     

    C . A,

     A    B   θ   φ  , .

    O dL

      r  , θ   φ   ,

    . T, , ,

    2

    0 0

    1 1

    4 4

     A A

     B B

     A r r 

     AB r  B r r 

     A B

    Q QV E dL E dr dr  

    r r r πε πε  

    = − ⋅ = − = − = −

    ∫ ∫ ∫

     

    O , ,

    .

    A, 0V   =   ,  Ar  

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    58/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    58

    04

     A

     A

    QV 

    r πε 

    =  

    ,  A ,

    04

    QV 

    r πε =  

    P  

    . N

    , ,

    , .

    O: , ,

    B A

    abW QV =  

    E 06:

    U 15nC   . C 1V  

    ( )1   2,3, 1P   − −   :

    )  0V   =   ( )6,5,4   ;)  0V   =   ;

    )  5V V =   ( )2,0,4   .

    4.5  C P S C P

    C C P

    O , 1Q  1r 

    ,

    r    . P

    ,

    ( )   1

    0 14

    QV r 

    r r πε =

     

    O , 1Q  1r 

      2Q   2r 

    ,

    , ,

    ( )   1 20 1 0 24 4Q QV r 

    r r r r  πε πε  = +

    − −  

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    59/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    59

    C , n  

    ( )   1 2

    0 1 0 2 04 4 4

    n

    n

    QQ QV r 

    r r r r r r  πε πε πε  = + + +

    − − −

    …  

    S

    v   v ρ   ∆   ,

    ( )  ( ) ( ) ( )1 1 2 2

    0 1 0 2 04 4 4

    v v v n n

    n

    r v r v r vV r 

    r r r r r r  

     ρ ρ ρ 

    πε πε πε  

    ∆ ∆ ∆= + + +

    − − −

    …  

    F , :

    ( )  ( )

    0

    ' '

    4 '

    v

    vol

    r dvV r 

    r r 

     ρ 

    πε =

    −∫

     

    E . P

    , , ,

    ( )

      ( )

    0

    ' '

    4 '

     L   r dL

    V r  r r 

     ρ 

    πε =

    −∫

     

    ( )  ( )

    0

    ' '

    4 '

    r dS V r 

    r r 

     ρ 

    πε =

    −∫

     

    C

    . P V    z 

     L ρ   a ρ  =   0 z  =   ,

    .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    60/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    60

    T, :

    ' 'dL d a d   ρ φ φ = =   ;  ̂zr z a=

    ; ˆ'r a a ρ 

    =

     

    E,

    2 2'r r a z− = +

     

    2

    2 2 2 20

    0 0

    '

    4 2

     L La d aV a z a z

    π    ρ φ ρ 

    πε ε = =

    + +∫  

    P , :

    1.  O

    , .

    2.  O

    .

    3.  O

    .

    R, ,

    ,

    0 E dL⋅ =∫ 

     

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    61/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    61

    L : A

     AB B

    V E dL= − ⋅∫ 

    .

    A

    . E G , ,

    .

    A , ,  E 

     

    .

    Q ( ,

    ), . O

    ( ) . U ,

    ()

    () .

    E 07:

    T , ( )0,2,2  

    :

    )  12 / nC m   2,5m ρ  =   , 0 z  =   ;

    )  18nC   ( )1,2, 1−   ;)  12 nC   2,5 y m=   , 0 z  =   .

    E 08:

    C ( ) ˆsen E aφ πρ =

      1r    ρ =   . V

    .

    4.6  G C P E

    T ,

    . E,

    , ,

    .

    J ,

    .

    J

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    62/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    62

    V E dL= − ⋅∫ 

     

    E  L∆

     

     E 

      , V ∆   ,

    V E L∆ = − ⋅ ∆

     

    C , ,  E 

      V  

    .

    S  L∆

       E 

      θ  , ,

    cosV E L   θ ∆ = − ∆  

    M ,

    cosdV E dL   θ = −  

    D  / dV dL  

    cosdV 

     E dL

    θ = −  

    D :  L∆

     

    V ∆   ? L  E 

     

     L∆

    . A  L∆   . E, ,

    máxV ∆   cos θ   1−   , ,  L∆

     

     E 

    . P ,

    máx

    dV  E 

    dL

    =  

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    63/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    63

    E  E 

      V  

    :

    1.  A

    .

    2.  O

     E 

     , ,  E 

     

    .

    A .

    C ,  E 

    ,

    , ( ). T,

     L∆

      , V ∆  

    , ,

    0V E L∆ = − ⋅ ∆ =

     

     E 

       L∆

    ,  E 

       L∆

    , ,

    , .

    C ˆ N 

    a  

    ,

     ̂N 

    máx

    dV  E a

    dL= −

     

    E  E 

      V  

    (

    ).

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    64/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    64

    C  / máx

    dV dL    L∆

       ̂N a   ( ),

    máx

    dV dV  

    dL dN  =  

     ̂N dV 

     E adN 

    = −

     

    E

    . A V    E 

      . O

    T  

    ˆGradiente de grad  N dT 

    T T adN 

    = =  

     ̂N a  

    T  . U ,

    grad E V = −

     

    C V      x , y , z  , ,

    ( ), , x y z   ,

    V V V dV dx dy dz

     x y z

    ∂ ∂ ∂= + +

    ∂ ∂ ∂  

    ,

    .

    E

    1ˆ ˆgrad  N N 

    dV V V V   E V a dx dy dz a

    dN dN x y z

    ∂ ∂ ∂= − = − = − + +

    ∂ ∂ ∂

     

    1ˆ ˆ ˆ

     x x x x

    V V V V   E a dx dy dz a a

    dx x y z x

    ∂ ∂ ∂ ∂= − + + = −

    ∂ ∂ ∂ ∂  

    1ˆ ˆ ˆ

     y y y y

    V V V V   E a dx dy dz a a

    dy x y z y

    ∂ ∂ ∂ ∂= − + + = −

    ∂ ∂ ∂ ∂  

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    65/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    65

    1ˆ ˆ ˆ

     z z z z

    V V V V   E a dx dy dz a a

    dz x y z z

    ∂ ∂ ∂ ∂= − + + = −

    ∂ ∂ ∂ ∂  

    P,

     x

    V  E 

     x

    ∂= −

    ∂   y

    V  E 

     y

    ∂= −

    ∂   z

    V  E 

     z

    ∂= −

    ∂ 

    E

    ˆ ˆ ˆ   grad x y zV V V 

     E a a a V 

     x y z

    ∂ ∂ ∂= − + + = −

    ∂ ∂ ∂

     

    E

    ˆ ˆ ˆgrad x y z

    V V V V a a a

     x y z

    ∂ ∂ ∂= + +

    ∂ ∂ ∂ 

    O ∇

     ()

    ˆ ˆ ˆ x y za a a

     x y z

    ∂ ∂ ∂∇ = + +

    ∂ ∂ ∂

     

    P,

    ˆ ˆ ˆgrad  x y zV V V 

    V V a a a x y z

    ∂ ∂ ∂= ∇ = + +

    ∂ ∂ ∂

     

    C , ( )

    . R ,

     E V = −∇

     

    O

    , ,

    ˆ ˆ ˆ x y z

    V V V V a a a

     x y z

    ∂ ∂ ∂∇ = + +

    ∂ ∂ ∂

     

     

    1ˆ ˆ

     ̂z

    V V V V a a a

     z ρ φ 

     ρ ρ φ 

    ∂ ∂ ∂∇ = + +

    ∂ ∂ ∂

     

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    66/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    66

    1 1ˆ ˆ ˆ

    V V V V a a a

    r r r senθ φ 

    θ θ φ 

    ∂ ∂ ∂∇ = + +

    ∂ ∂ ∂

     

    E 09:

    D 22 5V x y z= −   ( )4,3,6P   −   , :

    )  V   P ;

    )   E 

      P ;

    )   D

      P ;

    ) v ρ   P .

    E 10:

    D ( )2

    100cos

    1V V 

     z ρ φ =

    +  ( )3,60º,2P   , :

    )  V   P ;

    )   E 

      P ;

    )  v ρ   .

    4.7  D E

    U , ,

    ,

    P   ,

    .

    P V  , (

    , ) , ,  E 

     

    .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    67/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    67

    C, , Q   Q−   P   1 R  2 R   ,

    , P  

    2 1

    0 1 2 0 1 2

    1 1

    4 4

     R RQ QV 

     R R R Rπε πε  

      −= − =

     

    P 1 2 R R≅   , 1 2 R R  

    2r   , 1 R  2 R   , ,

    1 2   cos R R d    θ − =  

    O , ,

    2

    0

    cos

    4

    Qd V 

    θ 

    πε =  

    N 0 z  =   , 90ºθ   =   .

    U ,

    1 1ˆ ˆ ˆ

    V V V  E V a a a

    r r r senθ φ 

    θ θ φ 

    ∂ ∂ ∂= −∇ = − + +

    ∂ ∂ ∂

     

    3 3

    0 0

    2 cos senˆ ˆ

    4 4r 

    Qd Qd   E a a

    r r   θ 

    θ θ 

    πε πε  

    = − − −

     

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    68/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    68

    ( )30

    ˆ ˆ2cos sen

    4  r 

    Qd  E a a

    r   θ θ θ 

    πε 

    = +

     

    E . O

    . P

    Q−   Q+   d 

     , ,   Qd 

    ,

     p

    . A,

     p Qd =

     

    A  p

     

    .C m . C ˆ

      cosr d a d    θ ⋅ =

    ,

    2

    0

    ˆ

    4r 

     p aV 

    r πε 

    ⋅=

     

    E ,

    ,

    2

    0

    1 '

    '4 '

    r r V p

    r r r r πε 

    −= ⋅

    −−

     

    E 11:U

    ( )ˆ ˆ ˆ3 2 x y z p a a a nC m= − + ⋅

    . D:

    )  V   ( )2,3,4 AP   ;

    )  V   ( )2,5;30º;40º BP   .

    E 12:

    U ( )ˆ6  z p a nC m= ⋅

      . D:

    )  V   ( )4,20º,0ºP   ;

    )   E 

      P .

    4.8  D E C E

    P ,

    .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    69/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    69

    P . T 1Q 

    , . O 2Q  

    1Q  2Q  

    1Q . R 2,1V    ,

    , . E,

    2 2 2,1Trabalho para posicionar Q Q V =  

    D ,

    :

    3 3 3,1 3 3,2Trabalho para posicionar Q Q V Q V  = +  

    4 4 4,1 4 4,2 4 4,3Trabalho para posicionar Q Q V Q V Q V  = + +  

    . O  E W   :

    2 2,1 3 3,1 3 3,2 4 4,1 4 4,2 4 4,3 E W Q V Q V Q V Q V Q V Q V  = + + + + + + …  

    O ,

    1 22 2,1 2 1 1 1,2

    0 21 0 124 4

    Q QQ V Q Q Q V  

     R Rπε πε  = = =  

    S ,

    1 1,2 1 1,3 2 2,3 1 1,4 2 2,4 3 3,4 E W Q V Q V Q V Q V Q V Q V  = + + + + + + …  

    M 2

    ,

    ( )( )

    ( )

    ( )

    1 1,2 1,3 1,4

    2 2,1 2,3 2,4

    3 3,1 3,2 3,4

    4 4,1 4,2 4,3

    2  E W Q V V V  

    Q V V V  

    Q V V V  

    Q V V V  

    = + + +

    + + + +

    + + + +

    + + + + +

    … …

     

    C

    . E ,

    1,2 1,3 1,4 1

    V V V V  + + + =…  

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    70/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    70

    O 1Q  2Q   , 3Q   , 4Q   , …. T, ,

    ( )1 1 2 2 3 3 4 41 1

    2 2 E n n

    n

    W Q V Q V Q V Q V Q V  = + + + + =   ∑…  

    P

    , vdv ρ    , ,

    1

    2 E v

    volW V dv ρ = ∫  

    U M ,

    ( ) ( )1 1

    2 2 E 

    vol volW D V dv D V dv= ∇ ⋅ = − ⋅ ∇∫ ∫

     

    S  E V = −∇

      ,

    2

    0

    1 1

    2 2 E 

    vol volW D E dv E dvε = ⋅ =∫ ∫

     

    S ,

    1

    2 E dW D E dv= ⋅

     

    ,

    1

    2

     E dW   D E dv

    = ⋅

     

    , , .

    E 13:D 2 3mm r mm< <   , 0 90ºθ < <   ,

    0 90ºφ < <   , :

    ) 200

    V V r 

    =   ;

    ) 2

    300cosV V 

    θ =   .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    71/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    71

    5   CONDUTORES, DIELTRICOS E CAPACITNCIA 

    5.1  C D C

    C . A

    (A)  I   , ,

    dQ I 

    dt =  

    A , , ,

    , .

    O ,

    . A

    ,  J 

      S I 2 /  A m   . O

    dI  J 

    dS 

    =  

    A

    S  I J dS = ⋅∫

     

     

    O  I ∆   S ∆   ,

    ,

     N  I J S ∆ = ∆  

    C Q∆   , ,

     x . E vQ v ρ ∆ = ∆   . C

     x∆   t ∆   ,

    v vv S xQ I t t t 

     ρ ρ ∆ ∆ ∆∆∆ = = =

    ∆ ∆ ∆ 

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    72/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    72

    S ,

    v x I S v ρ ∆ = ∆  

     xv    x  v

    . E ,

    ,

     x v x J v ρ =  

    , ,

    v J v ρ =

     

    E

    . D   ,  J 

     

    . N

    . A

    ( )

    (,

    , ) .

    E 01:

    D ( )2 2 2ˆ ˆ10 4 cos /   J za a A m ρ φ  ρ ρ φ = −

    , :

    )  ( )3,30º,2P   ;

    )  3 ρ  =   , 0 2φ π < <   ,

    2 2,8 z< <   .

    5.2  C C

    O

    , ( ) ( ).

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    73/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    73

    A

    . A

    S  I J dS = ⋅∫

     

     

        (

    ) . S

    iQ ,  / idQ dt −  

    i

    dQ I J dS 

    dt = ⋅ = −

     

     

    A ,

    , ,

    :

    ( )S vol J dS J dv⋅ = ∇ ⋅∫ ∫

     

    L  J 

     

     D

      , .

    E , iQ 

    ,

    ( )   i vvol vol

    dQ   d  J dv I dv

    dt dt   ρ ∇ ⋅ = = − = −∫ ∫

     

    S ,

    ,

    ( )   vvol vol

     J dv dvt 

     ρ ∂∇ ⋅ = −∂∫ ∫

     

    C , ,

    ( )   v J v vt 

     ρ ∂∇ ⋅ ∆ = − ∆

     

    ,

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    74/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    74

    v J 

     ρ ∂∇ ⋅ = −

     

    E , ,

    .

    E 02:

    U ( )6 1,5 2ˆ10 /  z J z a A m= −

     

    0 20   m ρ µ ≤ ≤   ; 20   m ρ µ >   , 0 J   =

    . P:

    )  0,1 z m=    ̂za   ;

    )  6

    2 10 /  m s⋅   0,1 z m=   , v ρ   ;)  0,15 z m=   32000 / C m−   ,

    .

    5.3  C M

    E , ,

    , , . S

    ,

    , .

    O . O () .

    S, , ()

    ,

    . E (). N ,

    ,

    . A

    .

    O , (). P ,

    . E

    .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    75/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    75

    O . C  E 

    , Q e= −  

    F eE = −

     

    N , ( );

    ,

    .

    E   d v

     

    .

    D    µ ,

    d ev E  µ = −

     

    e µ   , . N

     E 

    .

    S

    (v

     J v ρ =

    ),

    e e J E  ρ µ = −

     

    e ρ   , . O e ρ  

     J 

     

     E 

    .

    C,  J 

       E 

     

     σ   (),

     J E σ =

     

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    76/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    76

    σ   ( ) / S m   . S ( )S    

    S I,   ( )Ω   . C

      ;

    O.

    D ,

    ,

    e eσ ρ µ = −  

    C ,

    O. C O ,

    . A O

    , .

    E, . A ,

    ( ) / mΩ   ,

    . P ,

    K; . O

    .

    P ,

    ,

    , , ,

    .

    A O .

    I,  J 

       E 

      ,

    .

    P

    S  I J dS J S = ⋅ =∫

     

     

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    77/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    77

    a a

    ab ba abb b

    V E dL E dL E L E L= − ⋅ = − ⋅ = − ⋅ = ⋅∫ ∫

     

    V EL=  

    A,

     I V  J E 

    S Lσ σ = = =  

     LV I 

    S σ =  

    A

    , ,

    V RI =  

      .

    D

     L L R

    S S 

     ρ 

    σ = =  

     ρ , , . E .

    E 03:D 1,8mm   2 km   .

    E 04:D

    76,17 107 / S mσ   = ⋅   20,0056 /  e

      m V s µ   = ⋅   :

    )  1,5 /  m s µ    ;

    )  1 / mV m ;

    )  2,5mm   0,4mV  

    ;)  2,5mm   0,5 A .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    78/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    78

    E 05:

    U 1,2 mm   360m . S dc   50 A .

    )  ;)  ?

    )  dc   ?)  Q ?

    5.4  P C C F

    S . E , . I

    ,

    . C

    . A,

    . E

    .

    O

    , O: ,

    , .

    R:

    . E,

    .

    I . S

    , ,

    , ,

    ,

    .

    E , ,

    :

    0 E dL⋅ =∫ 

     

    abcda , .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    79/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    79

    A

    0

    b c d a

    a b c d  + + + =∫ ∫ ∫ ∫  

    L 0 E  =

      , a  b  c  

    d   w∆   b  c   d   a  h∆   ( ),

    N, em b N, em a

    1 10

    2 2t  E w E h E h∆ − ∆ + ∆ =  

    0t  E   =  

    J  N  D  

     N  E   ,

    . U , G

    S  D dS Q⋅ =∫

     

     

    C h∆  

    S ∆   . F h∆   . E,

    topo base lateral Q+ + =∫ ∫ ∫  

    ,

    , ,

    h∆   . A, , ,

     N S  D S Q S  ρ ∆ = = ∆  

     N S  D   ρ =  

    E ,

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    80/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    80

    0t t  D E = =  

    0 N N S  D E ε ρ = =  

    U

    .

    P ,

    1.  A .

    2.  A ,

    , .

    3.  A .

    E 06:D

    ( )   ( )2 2100V x y V  = −  

    ( )2, 1,3P   −   ,

    , V   ,  E   S  ρ   P 

    .

    E 07:

    C, , P .

    E 08:

    D , ( ) ( ) ( )100senh 5 sen 5V y y V  =  

    ( )0,1;0,2;0,3P   , P :

    )  V  ;

    )   E  ;

    )  S  ρ   , P  .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    81/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    81

    5.5  M I

    U

    . T

    . O

    0V   =   , , ,

    .

    A, ()

    (),

    . A , ,

    .

    C , ,

    . E  

    . I

    (   0V   =   ), .

    C ,

    ( )2,5,0P   0 z  =   30 / nC m   0 x  =   ,

    3 z  =   , () . R

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    82/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    82

    30 / nC m−   0 x  =   , 3 z  = −   , (). O P  

    .

    O P   ˆ ˆ2 3 x z R a a+   = −

    , ˆ ˆ2 3 x z R a a−   = +

    .

    A,

    9

    0   0

    ˆ ˆ2 330 10ˆ

    2   2 13 13

     x z L R

    a a E a

     R

     ρ 

    πε    πε 

    + +

    +

    −×= =

     

    9

    0   0

    ˆ ˆ2 330 10ˆ

    2   2 13 13

     x z L R

    a a E a

     R

     ρ 

    πε    πε 

    − −

    +− ×= =

     

    S ,

    9

    0

    ˆ180 10

    ˆ249 /  2 13

     z

     z

    a

     E a V mπε 

    −− ×

    = = −

     

    E 09:U 4 x  =   ,

    40 / nC m   6 x  =   , 3 y =   . S 0V   =   .

    E ( )7, 1,5P   −   , .

    5.6  S

    S

    , . O  

    . O

    . E

    ,

    e , h µ  

    . A ; ,

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    83/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    83

    . A , ,

    ,

    e e h hσ ρ µ ρ µ  = − +  

    P , , 0,12 0,025,

    , , , , 0,36 0,17.

    A .

    , ,

    . C ,

    , . N

    ;

    .

    O

    . M

    ,

    . O  

    710  

    5

    10   .

    S O; ,

    .

    E 10:D

    30,0029 / C m−   30,0029 / C m   ,

    , :

    )  ;)  ;)  .

    5.7  N M D

    U

    . E . A

    ,

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    84/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    84

    . E ,

    .

    A , , ,

    , . E

    .

    O .

    A  

    . P ,

    . A , ,

     p

    , ,

     p Qd =

     

    Q   d 

     

    .

    S n  v∆   , n v∆  

    , ,

    1

    n v

    total i

    i

     p p∆

    =

    = ∑

     

    S ,total p

     

    . C, total p

      .

    D P

      ,

    01

    1limn v

    iv

    i

    P pv

    ∆ →=

    =∆   ∑

     

    C .

    V . N

    0P =

      . E ,

    S ∆   , ,

     E 

    . O  p Q d =

      ,

     p

      d 

      θ   S ∆

    , .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    85/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    85

    P S ∆   . C

    ( )1/2 cosd    θ  

    S ∆   . A,

    S ∆   ( )1/2 cosd    θ   S ∆   . A,

    S ∆  

    ( )1/2 cosd    θ   S ∆   . P, 3

     moléculas / n m   , (

    )

    ( ) ( ) ( ) ( )2 /2 cos cosnQ v n Q v n Q d S n Q d S  θ θ ∆ = ∆ = ∆ = ∆   ,

    bQ n Q d S  ∆ = ⋅ ∆

       

    bQ∆   S ∆   , b 

    . E ,

    0 01

    1 1lim lim

    n v

    iv v

    i

    P p n v p n p nQ d  v v

    ∆ → ∆ →=

      = = ∆ = =  

    ∆ ∆ ∑

       

    bQ P S ∆ = ⋅ ∆

     

    S S ∆  

    , S ∆

     

    bS 

    Q P dS  = − ⋅∫ 

     

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    86/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    86

    P

    T bQ Q Q= +  

    Q   S  . A G

    0T S 

    Q E dS  ε = ⋅∫ 

     

    C ,

    ,

    ( )   ( )0 0T bS S S 

    Q Q Q E dS P dS E P dS  ε ε = − = ⋅ − − ⋅ = + ⋅∫ ∫ ∫

     

    P  D

      ,

    0 D E Pε = +

     

    H, ,  D

     

    . A,

    S Q D dS  = ⋅∫

       

    Q   .

    O

    , ,

    v D   ρ ∇ ⋅ =

     

    P ,

     E 

      P

      . E ,

    , ,

       E 

      P

      . E

    , , . E

    , . A

    .

    P ,  E 

      P

     

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    87/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    87

    0eP E  χ ε =

     

    e χ   ()   .

    U ,

    ( )0 0 01e e D E E E ε χ ε χ ε  = + = +

     

    A

    1 R eε χ = +  

    E ,

      . A,

    0 R D E ε ε =

     

     D E ε =

     

    0 Rε ε ε =  

    ε   .

    M

    .

    E 11:T T 0   x a≤ ≤   , .

    F T, ( )0 ˆ   / ext x E E a V m=

    . E  D

    ,  E 

      P

     

    .

    E 12:

    U 3,8  

    28 / nC m   . S , :

    )   E 

    ;

    )  P

    ;

    )  2910   C m− ⋅   .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    88/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    88

    5.8  C F M D P

    V 1ε   2ε  

    1 2, . E, ,

    0 E dL⋅ =∫ 

     

    ,

    tan 1 tan 2   0 E w E w∆ − ∆ =  

    A  E 

     

    h∆   h∆  

      . I, ,

    tan 1 tan 2 E E =  

    C ,

    w∆   .

    C ,  D

      ,

    tan 1 tan 2tan 1 tan 2

    1 2

     D D E E 

    ε ε = = =  

    tan 1   1

    tan 2 2

     D

     D

    ε 

    ε =  

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    89/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    89

    J , G

    , . O

    1 2 N N S  D S D S Q S  ρ ∆ − ∆ = ∆ = ∆  

    1 2 N N S  D D   ρ − =  

    C ,

    . C, S  ρ  

    1 2 N N  D D=  

    ,  D

      . D,  E 

     

    , ,

    1 1 2 2 N N  E E ε ε =  

    E  D

       E 

     . C

    1 D

     (

    1 E 

    ) 1θ   ,

    . C  D

      ,

    1 1 1 2 2 2cos cos N N  D D D Dθ θ = = =  

    A

    tan 1   1 1 1

    tan 2 2 2 2

    sen

    sen

     D D

     D D

    θ ε 

    θ ε = =  

    2 1 1 1 2 2sen sen D Dε θ ε θ  =  

    ,

    1 1

    2 2

    tan

    tan

    θ ε 

    θ ε =  

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    90/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    90

    N 1 2ε ε >   , , 1 2θ θ >   . A  E 

     

     D

    ,  D E ε =

    .

    P ,  D

     

    2

    2

    2 222 1 1 1

    1

    cos sen D D  ε θ θ 

    ε 

    = +

     

     E 

      2

    2

    2 212 1 1 1

    2

    sen cos E E   ε θ θ 

    ε 

    = +

     

    E

    .

    E 13:

    D T ( )2,1 Rε    =   ,

    0

    ˆext x

     E E a=

     

    .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    91/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    91

    E 14:

    C 0 z  <   3,2 Rε    =   ,

    0 z  >   2 Rε    =   . S ( )2

    1  ˆ ˆ ˆ30 50 70 /   x y z D a a a nC m= − + +

     

    :

    )  1 N  D

    ;

    )  1t  D

    ;

    )  1 D

    ;

    )  1θ   ;

    ) 1

    P

    .

    E 15:A :

    ) 2 N  D

    ;

    ) 2t  D

    ;

    ) 2 D

    ;

    )  2θ   ;

    )  2P

    .

    5.9  C

    C ,

    . O 2 M   Q   1 M  

    , . N , .

    C . N, ,

    2 M   1 M   . N 2 M   .

  • 8/16/2019 Apostila de Eletromagnetismo Verso 2011

    92/167

    U F U

    F E E 

    E

    P. I N S

    92

    D 2 M   1 M   0V   . P, ,

    ,

    0

    QC 

    V =  

    E , Q   G

    0V   ,

     E dS