Lista de Exercícios Atualizado

Lista de Exercícios

Lista de exercícios  (Entrega uma aula antes da avaliação, valor 2,0)

Resolução pela lei nodal de um circuito de três laços

Laboratório Magnetismo

Gabarito cálculos da lista

Ondas Eletromagnéticas

Ondas eletromagnéticas são ondas transversais que não necessitam de um meio para se propagar.  Toda onda eletromagnética é composta por um campo elétrico cuja direção de propagação é perpendicular ao campo magnético. O campo elétrico e magnético são perpendiculares à direção de propagação da onda.

As ondas eletromagnéticas primeiramente foram previstas teoricamente por James Clerk Maxwell e depois confirmadas experimentalmente por Heinrich Hertz. Maxwell notou as ondas a partir de equações de eletricidade e magnetismo, revelando sua natureza e sua simetria. Faraday mostrou que um campo magnético variável no tempo gera um campo eléctrico. Maxwell mostrou que um campo eléctrico variável com o tempo gera um campo magnético, com isso há uma auto sustentação entre os campos eléctrico e magnético.

Características

-Não necessita de meio para propagação;

-Todas ondas eletromagnéticas no vácuo possui velocidade de propagação igual à 300.000 km/s;

-Interage com a matéria;

-Mudam de velocidade quando refratam em um material;

-Campo elétrico e magnético são perpendiculares entre si e estão em fase;

Tipos de ondas Eletromagnéticas

-Ondas de radio (Exemplo: AM, FM);

-Micro-ondas;

-Infravermelho;

-Espectro visível;

-Raios UV (Ultravioleta);

-Raios X;

-Raio Gama;

Espectro Eletromagnético

Cálculo da Frequência de uma onda Eletromagnética

-f – frequência [Hz].

-λm – comprimento de onda [m].

-cvácuo - velocidade de qualquer onda eletromagnética no vácuo (v = 300.000 Km/s).

Cálculo da velocidade "c"

Maxwell mostrou em suas equações que:

Relação entre campo Elétrico e Magnético

Como os campo Elétrico e Magnéticos oscilam na mesma fase, sua relação entre magnitudes pode ser escrita por:

E = cB [N/C]

Referências

[1] TIPLER, Paul A.: Física Para Cientistas e Engenheiros – Volume 2: Eletricidade e Magnetismo e Ótica. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

[2] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J.. Fundamentos de Física – Volume 3 – Eletromagnetismo. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

Magnetismo

Magnetismo

Magnetismo é o fenômeno associado ao efeito de atração e repulsão entre materiais.

Campo Magnético

O campo Magnético é a região em volta de material onde ocorre fenômenos de magnetismo onde ocorre atração e repulsão.

O campo magnético diferente do campo elétrico, tem linhas de campo fechado.

Exemplos:

-ímã;

-O planeta Terra;

-Motores;

-Autofalantes;

-Trens Bala;

Polos

O campo Magnético é dotado por dois polos denotados de Norte e SUL.

Efeitos entre mais de um ímã, polos de sentidos opostos tende a se atrair enquanto com mesmo sentido ocorre repulsão.

Materiais Magnéticos

Os materiais magnéticos podem se classificados em:

->Materiais diamagnéticos

->Materiais Paramagnéticos

->Materiais Ferromagnéticos

Materiais diamagnéticos

Quando um material diamagnético é colocado na presença de um campo magnético externo, estabelece-se em seu interior outro campo magnético em sentido oposto ao qual ele foi submetido e que desaparece quando o campo externo é removido. É o mesmo que dizer que esse tipo de material é repelido pelo campo magnético. Exemplo: Água, grafite, ouro, prata, etc.

Materiais Paramagnéticos

Os materiais paramagnéticos são aqueles que têm seus momentos angulares alinhados ao serem colocados nas proximidades de um campo magnético. Esse alinhamento ocorre paralelamente ao campo magnético externo e faz com que o material se comporte da mesma forma que o ímã normal. Sendo assim, eles são atraídos pelos ímãs e passam a ter as mesmas características que eles. Entretanto, quando o campo externo é retirado, o material perde suas propriedades magnéticas e volta “a comportar-se normalmente”. Exemplos: alumínio, sódio, magnésio e cálcio.

Materiais Ferromagnéticos

São classificados como ferromagnéticos os materiais que possuem memória magnética, isto é, quando são submetidos a um campo magnético externo, eles têm seus momentos angulares alinhados e passam a comportar-se da mesma forma que o ímã. Além disso, essas características permanecem mesmo após o ímã ser removido. Alguns exemplos são o ferro, níquel, cobalto e algumas ligas.

Fluxo Magnético

O fluxo magnético é a concentração das linhas de um campo magnético.

Onde:

F - Fluxo Magnético. [Wb] (Weber)

B – Campo Magnético. [T] (Tesla)

A – Área [m²] 

Lei de Ampère

A Lei de Ampère afirma que o sentido do campo magnético é determinado pelo sentido da corrente. Dessa forma, invertendo o sentido da corrente, invertemos também o sentido do campo.

Campo Magnético gerado através da corrente elétrica que passa por espiras.

Lei de Faraday

Segundo a lei de Faraday, se o fluxo do campo magnético através da superfície limitada por um circuito varia com o tempo, aparece nesse circuito uma força eletromotriz (fem) induzida. Matematicamente:

ε = − ∆φ/∆t [V]

O sinal negativo que aparece nessa expressão representa matematicamente a lei de Lenz. 

Lei de Faraday-Lenz

Conhecida com lei da indução Eletromagnética, É com essa lei que se entende a produção de corrente elétrica em um circuito colocado sob efeito de um campo magnético variável ou por um circuito em movimento em um campo magnético constante. É a base do funcionamento dos transformadores.

Referências

[1] TIPLER, Paul A.: Física Para Cientistas e Engenheiros – Volume 2: Eletricidade e Magnetismo e Ótica. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

[2] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J.. Fundamentos de Física – Volume 3 – Eletromagnetismo. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

Aplicação das leis de Kirchhoff

Lista de Exercícios

Circuito Elétrico

Circuito Elétrico 

Um circuito elétrico é definido basicamente a ligação de elementos elétricos como: resistores, capacitores, indutores, fusíveis, diodos, tiristores, interruptores, fontes de corrente e tensão.

Os componentes ativos são representados pela fontes de corrente e tensão, são os componentes que geram energia.

Os componentes passivos são representados pelos resistores, capacitores, indutores, diodos, são componentes que não geram energia.

A polaridade dos componentes ativos e passivos é invertida.

Estando fechado o circuito elétrico com a passagem da corrente, os elementos passivos podem produzir os seguintes efeitos: calor (lâmpadas incadescentes, resistência do chuveiro e secador de cabelo), movimento (motor elétrico é indutor), som (auto falantes e buzzers (diodo que emite som)), luz (lampadas, leds (diodo que emite luz)),etc.

O Terra  serve como um ponto de referência do circuito pois no seu ponto é considerado tensão igual a zero volts.  Além de facilitar cálculos é também usado como uma forma de proteção em instalações elétricas.

Referências

[1] TIPLER, Paul A.: Física Para Cientistas e Engenheiros – Volume 2: Eletricidade e Magnetismo e Ótica. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

[2] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J.. Fundamentos de Física – Volume 3 – Eletromagnetismo. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

[3] SADIKU, A. Fundamentos de Circuitos Elétricos. Bookman, 2006.

2º Bimestre: Corrente Elétrica.

Corrente Elétrica

Corrente Elétrica é a taxa de variação da carga em relação ao tempo e é medida em ampères (A).

i=dq/dt

Também definido como fluxo ordenado de cargas que passa dentro de uma carga.

Força Eletromotriz (fem)

Força Eletromotriz (fem) é aquela quando aplicada em um circuito fechado produz corrente elétrica. A fem é obtida através  de baterias e geradores.  Sua simbologia é denotada por e e sua unidade de medida é Volts [V].

ℇ=V -r.i [V]

   A FEM é diferente da diferença de potencial (dpp) apesar de usar as mesmas unidades de medida.    A FEM indica a máxima diferença de potencial de uma bateria ou gerador e dpp considera as

   perdas internas do gerador

Exemplo quando uma pilha de 1,5 Volts é ligada em circuito fechado com uma pequena lâmpada. A fem da pilha produz corrente no circuito e lâmpada acende.

Quando a resistência interna de um gerador é considerado desprezível, fem e ddp tem o mesmo valor.

Lei de Ohm

Os materiais em geral possuem o comportamento característico de resistirem ao fluxo de carga elétrica. Esta capacidade de resistir a corrente elétrica é conhecida por resistência.

A lei de Ohm estabelece que a tensão U em um resistor é diretamente proporcional à corrente i que flui através do resistor.

U=RI [V]

U – (ou diferença de potência) é a energia necessária para mover uma unidade de carga através de um elemento, é medida em volts (V).

Referências

[1] TIPLER, Paul A.: Física Para Cientistas e Engenheiros – Volume 2: Eletricidade e Magnetismo e Ótica. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

[2] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J.. Fundamentos de Física – Volume 3 – Eletromagnetismo. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

[3] SADIKU, A. Fundamentos de Circuitos Elétricos. Bookman, 2006.

Roteiro Laboratório 30/03/1016: Resistores

Roteiro Laboratório 2 Capacitores

Procedimentos para a Experiência sobre Capacitância Elétrica

Primeira Parte

Pegue um capacitor de placas paralelas ajustável pela distância.

Com auxílio de um capacímetro meça a capacitância das placas para:

a) d = 2,5 mm

b) d = 5 mm

c) d = 7,5 mm

d) d = 1,0 mm

Considerando que a permissividade do ar seja e₀ = 8,85x10^-12 [F/m], para essas distâncias calcule as capacitâncias para as respectivas distâncias.

 Segunda Parte

Pegue dois capacitores um de código 104 e o outro com código 473 e em seguida meça suas capacitâncias. Com o protoboard monte os circuitos a seguir:

     1.   Dos arranjos montados de capacitores, identifique cada um dos arranjos e diga quem está associado em série ou paralelo?

    2.  Sabendo que o capacitor 473 tem capacitância igual a 47 nF e 102 tem capacitância igual a 1 nF. Calcule a capacitância equivalente (C_equivalente) de cada arranjo.

    3.   Através do multímetro faça a medição da capacitância equivalente de cada arranjo, em relação aos valores calculados os valores são próximos?

    4.   No circuito a seguir: calcule a capacitância, monte o circuito no protoboard e meça a capacitância com o multímetro.