Aula-01-F328-2S-2012
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1- Ementa:
Carga Elétrica – Lei de Coulomb – Campo Elétrico – Lei de Gauss – Potencial
Elétrico – Capacitores e Dielétricos – Corrente e Resistência Elétrica – Força Eletromotriz e Circuitos Elétricos – O Campo Magnético – Lei de Ampère – Lei de Faraday da Indução e Indutância – Oscilações Eletromagnéticas e
Correntes Alternadas – Magnetismo da Matéria e Equações de Maxwell.
2- Livro-texto:
Halliday, Resnick e Walker, Fundamentos da Física – Vol. 3, 8a edição,
LTC
Bibliografia adicional:
a) M. Alonso e E. J. Finn., Fundamental University Physics.
b) H. M. Nussenzveig, Curso de Física Básica, Vol. 3.
c) F. Zemansky, Eletricidade e Magnetismo.
d) P. A. Tipler, Física, Vol. 2.
F-328 - 2º Semestre de 2012
3- Datas das Provas, Testes e Critério de Avaliação:
Frequência : será exigida frequência mínima a 75% das aulas.
3 Testes: T1 (caps. 22, 23, 24); T2 (caps. 26, 27, 28); T3
(caps. 29, 30, 31).
3 Provas: P1 (caps. 21, 22, 23, 24); P2 (caps. 25, 26, 27, 28); P3 (caps. 29, 30,
31, 32).
Os capítulos mencionados acima referem-se à 8a edição do livro do Halliday,
Vol. 3 (Eletromagnetismo).
Datas dos testes para as turmas L, M do Diurno e B, C, D e E do Noturno
T1 (03/09/12) ; T2 (08/10/12); T3 (12/11/12).
Datas dos testes para as turmas I e J do DIURNO:
T1 (05/09/12) ; T2 (10/10/12); T3 (14/11/12).
Datas das provas do DIURNO e do NOTURNO:
P1 (19/09/12); P2 (24/10/12) ; P3 (28/11/12).
Data do exame final DIURNO e NOTURNO: 12/12/2012.
Média dos 3 testes (MT):
MT = (T1 + T2 + T3)/ 3
A nota de aproveitamento (NA) será composta da seguinte maneira:
NA = (P1 + P2 +P3 + MT)/4
Nota Final (NF):
Se o aluno obtiver NA 7,0, ele estará dispensado do exame final e sua nota final será NF = NA. Caso contrário, a nota final será composta por NA e pela nota do exame final (EF) da seguinte maneira:
NF = (NA + EF)/ 2
Além dos requisitos de frequência, a aprovação exige uma nota final NF 5,0.
Excetuando-se os casos previstos em lei e no regimento da UNICAMP, não haverá provas ou testes substitutivos.
Composição das notas
4- Estrutura do Curso
As aulas serão divididas, alternadamente, em aulas magnas e aulas exploratórias. As aulas magnas (para 2 turmas juntas em um anfiteatro) são aulas teóricas sobre o conteúdo da disciplina. As aulas exploratórias (para um número menor de estudantes em sala de aula) têm por objetivo o aprofundamento dos conceitos vistos nas aulas magnas através da resolução de exercícios e discussões focalizadas.
Sobre os testes Cada teste consistirá de um exercício extraído da lista disponibilizada na página da
disciplina após as aulas magnas correspondentes. Os testes serão realizados no início das aulas exploratórias, nas datas indicadas, e terão duração máxima de 25 minutos.
Sobre as Avaliações O aluno deverá realizar as avaliações somente na sala destinada à sua turma (ver
página da disciplina com antecedência).
Uso de calculadora Os testes e as provas serão planejados para que não seja necessário o uso de calculadora.
Durante o tempo de realização de testes ou provas os celulares deverão estar desligados.
5- Lista de exercícios
A lista de exercícios relacionada a cada capítulo será fornecida no site da disciplina, após cada aula magna correspondente.
6– Monitores e Consultas
Haverá apoio de monitores. As notas de todas as turmas, bem como qualquer
novidade sobre a disciplina, estarão disponíveis na página da Graduação da
Física/IFGW, criada na HomePage-IFGW (http://www.ifi.unicamp.br). Para
acessar determinada turma: uma vez dentro da HomePage-IFGW, consultar:
graduação; página graduação; disciplinas; F328-turma.
Aulas Gravadas: http://www.lampiao.ic.unicamp.br/weblectures
7 – Identificação
O aluno deverá identificar-se (apresentar RA e RG) para ter direito a realizações
de provas e testes.
8 – Revisões de provas e testes As revisões de provas ou testes somente serão efetuadas dentro do prazo legal de quinze dias após as
divulgações das notas das avaliações correspondentes, conforme artigo 60 do Regimento Geral dos
Cursos de Graduação da UNICAMP. Para melhor atender a todos, o horário de atendimento das
terças-feiras do período correspondente será destinado a esse fim.
9 – Prof. Brescansin Sala / depto: 245/ DFMC
e-mail: [email protected]
atendimento extra classe: terças-feiras das 15:00 as 17:00h
Aula-1
A carga elétrica e a lei de
Coulomb
Curso de Física Geral F-328
20 semestre, 2012
As Forças Fundamentais da Natureza
• Gravitacional ( 1/r2)
– Matéria
• Eletromagnética ( 1/r2)
– Cargas elétricas, átomos, sólidos
• Nuclear Fraca
– Decaimento radioativo beta
• Nuclear forte
– Mantém o núcleo ligado (curto
alcance)
10-38
10-2
10-7
1
O eletromagnetismo
Eletricidade (eletrostática)
Fenômeno já conhecido na Grécia antiga. Ao serem atritados,
determinados materiais (âmbar, em particular), adquiriam a
propriedade de atrair pequenos objetos.
Magnetismo (magnetostática)
Os gregos também sabiam que determinadas pedras (chamadas
de magnetita) atraíam limalhas de ferro.
Eletromagnetismo
No século XIX, após os trabalhos de Oersted e Faraday,
Maxwell escreveu as equações que unificaram a eletricidade e o
magnetismo, mostrando assim que ambos eram manifestações de
um mesmo fenômeno, o eletromagnetismo.
A carga elétrica
Objetos em geral contêm quantidades iguais de dois tipos de carga: positiva e
negativa. Tais objetos são eletricamente neutros.
Vidro atritado com seda ou plástico
atritado com lã apresentam efeitos
distintos.
Contudo, se por exemplo atritarmos um pente
num tecido qualquer, há transferência de carga de
um para o outro e o pente fica carregado com um
dos tipos de carga em excesso. Ele então passa a
atrair pequenos objetos.
A escolha dos sinais das cargas é
mera convenção.
A carga elétrica está presente em todos os objetos, sendo uma propriedade
intrínseca das partículas que constituem a matéria.
Condutores e isolantes
Repetindo a experiência anterior com
um bastão de metal neutro, ao invés de
vidro, observa-se que há cargas com grande
mobilidade: elétrons, “fluido” (assim se
pensava) de carga negativa.
Materiais como o cobre (metais) são chamados condutores,
onde o excesso de carga concentra-se apenas numa determinada
região, ao contrário dos isolantes, onde as cargas têm baixa
mobilidade. Metais, soluções e corpo humano são exemplos de
condutores. Vidro, papel, borracha, plásticos e água destilada são
exemplos de isolantes.
A estrutura e a natureza elétrica dos átomos
são responsáveis pelas propriedades dos
condutores e isolantes.
Condutores e isolantes
Antecipando a visão moderna da estrutura desses materiais
isolantes condutores semicondutores
Há ainda os chamados supercondutores , onde o fluido eletrônico
ocorre sem resistência elétrica.
A lei de Coulomb - 1785
Se a distância entre duas
cargas e for r, o módulo
da força eletrostática entre elas
será dado por:
Observa-se que cargas
de mesmo sinal se repelem e
de sinais opostos se atraem.
As forças formam um par
de ação e reação ao longo
da linha que une as cargas.
2
21||||
r
qqkF
1q
(Lei de Coulomb)
2q
A lei de Coulomb
1 212 2
12
| || |q qF k
r (Lei de Coulomb)
x
21F
41F
12F
13F 14
F
1
2
3
4y
z
2r1r
21r
21 2 1r r r
2
( )j i j i
ji
j ij i
q q r rF k
r rr r
balança de torção
A lei de Coulomb
Antecipando o conceito de corrente elétrica, a unidade de carga
é o Coulomb, que é definida no SI como a carga transportada por
uma corrente de 1 A que atravessa a seção reta de um fio durante 1
segundo.
dtidq
No SI a constante eletrostática k é dada por
2
29
0 C
N.m1099,8
4
1
k
A permissividade do vácuo, , é dada por 0
2
212
0N.m
C1085,8
A lei de Coulomb
A lei de Coulomb:
Átomo de Hidrogênio: = = 1,6 10-19 C ,
r12 = 5,3 10-11 m (distância média entre o próton e o elétron).
me = 9,1 10-31 kg, mp = 1,67 10-27 kg e
G = 6,67 10-11 N.m2/kg2 (constante universal gravitacional)
Fe = 8,2 x 10-8 N Fg = 3,6 x 10-47 N
Relação entre Fe / Fg 2 x 1039
Estruturas dos Materiais: interação entre cargas.
2
12
21
r
mmGF A Lei da Gravitação:
eq pq
2
12
21
0
||||
4
1
r
qqF
Substituindo estes valores nas equações acima:
A força sobre a carga devida a as outras (n-1) cargas é:
A lei de Coulomb
A lei de Coulomb: 2
12
21
0
||||
4
1
r
qqF
Num sistema de n cargas: vale o princípio da superposição:
nFFFF
113121...
jiijFF
Observa-se que:
1F
(soma vetorial)
1q
31F
21F
1nF
12F
13F nF1
nq3q
2q
1q
A lei de Coulomb
+Q -Q +Q +
+ +
+
- - -
- -
+
Exemplo 21.3 (indução de cargas)
Movimento de cargas em um sistema de condutores: Indução
Duas esferas condutoras idênticas, eletricamente isoladas e muito afastadas.
A lei de Coulomb
3( )
i j
ij i j
ij
q qF k r r
r (Lei de Coulomb)
Duas cargas puntiformes idênticas +q são fixadas no espaço a uma
distância d. Uma carga –Q de massa m é livre para se mover e jaz
inicialmente em repouso na mediatriz perpendicular às duas cargas
fixas, a uma distânica x do ponto médio das duas cargas +q, conforme
figura ao lado.
a) Mostre que se x<<d, a força elétrica sobre –Q é proporcional a x e
obtenha o período da oscilação;
b) Qual será a velocidade da carga –Q, no ponto médio entre as cargas
fixas, se ela for abandonada do repouso num ponto x = a <<d?
.16
2
ˆ...)61(16ˆ)4/(
2)(
3
2
2
32/322
Qqk
dmT
xd
x
d
xQkqx
dx
xQqkFa Q
3
2
0
22
0
16)0(
2
1)(
md
kqQaavamEharmônicaoscilaçãob p
Mas a teoria do Modelo Padrão das partículas elementares
prevê os quarks, que são partículas constituintes de prótons e
nêutrons, de carga , porém de difícil detecção
individual. O “quantum”de carga é muito pequeno.
Propriedades da carga elétrica
A quantização da carga
A conservação da carga
Millikan determinou a carga elementar (eletrônica) como sendo
C106,1 19e e portanto ,...2,1onde, nneq
3/ou3/2 ee
Em todos os processos que ocorrem na natureza, desde a
transferência de carga por atrito até as reações entre partículas
elementares, a carga total (soma das cargas positivas e negativas) de
um sistema isolado sempre se conserva. Ex: decaimento radioativo,
aniquilação, produção de pares, etc.
238U 234Th + 4He (decaimento radioativo: conservação de carga a
nível nuclear). Z=92 Z= 90 Z=2
Distribuição contínua de cargas
r
y
x
z
rr
r
P ),( rrFd
)(rdq
)ou,(
2
0
0 ),(ˆ||
)(
4
1)(
LSV
rrurr
rdqqrF
||),(ˆonde
rr
rrrru
),( rrFd
0q
Distribuição contínua de cargas
dA
dq
dV
dq
)()()(:ou rdlrrdq
)(rdq
)(rdq
)(rdq
dl
dq
)()()(:ou rdArrdq
)()()(:ou rdVrrdq
superficial:
volumétrica:
linear:
Lista de exercícios do Capítulo 21
Os exercícios sobre Carga Elétrica estão na página da disciplina : (http://www.ifi.unicamp.br).
Consultar: Graduação Disciplinas F 328-Física Geral III
Aula na Web: http://lampiao.ic.unicamp.br/weblectures Consultar também (http://www.ifi.unicamp.br)
Graduação Disciplinas F 328-Física Geral III
