Electromagnetismo

Código:

F102

Sigla:

F102

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Física

Ocorrência: 2016/2017 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Física e Astronomia
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Física

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:AST	0	Plano de Estudos a partir de 2008	1	-	7,5	-
L:F	71	Plano de estudos a partir de 2008	1	-	7,5	-
L:G	0	P.E - estudantes com 1ª matricula anterior a 09/10	3	-	7,5	-
		P.E - estudantes com 1ª matricula em 09/10	3	-	7,5	-
MI:EF	56	Plano de Estudos a partir de 2007	1	-	7,5	-

Língua de trabalho

Português

Objetivos

•Obter formação de base em Eletromagnetismo. •Derivar e apresentar as leis e métodos do Eletromagnetismo numa perspetiva fenomenológica. •Estabelecer ligações e paralelismos entre o Eletromagnetismo e a Mecânica usando conceitos como força e energia. •Evidenciar a importância do conceito de campo na formulação das leis do Eletromagnetismo e enquanto entidade mediadora das interações físicas. •Aplicar, no contexto do eletromagnetismo, conceitos e métodos da Análise Vectorial e do Cálculo Integral no espaço. •Apresentar e descrever aplicações relevantes do Eletromagnetismo em ciência e tecnologia.

Resultados de aprendizagem e competências

Capacidade de resolver situações físicas básicas envolvendo questões de eletricidade, magnetismo e eletromagnetismo, de solucionar problemas básicos desses tópicos, e de estabelecer ligações a situações experimentais simples. 

Modo de trabalho

Presencial

Programa

1. Introdução 2. Eletrostática no vácuo. Eletrização, cargas e conservação da carga elétrica; condutores, isoladores e semicondutores. Força de Coulomb e sobreposição linear. Campo elétrico de carga pontual. Linhas do campo elétrico. Dipolo elétrico. Movimento de partículas carregadas eletricamente em campos elétricos. Ação de um campo elétrico sobre um dipolo. Distribuições contínuas de carga elétrica, densidades de carga; exemplos de campo elétrico de distribuições contínuas de carga. O expoente -2 da lei de Coulomb. Lei de Gauss do campo elétrico na forma integral; exemplos de aplicação. Campo elétrico numa superfície com carga. Condutores em equilíbrio eletrostático. 3. Potencial e energia potencial elétrica. Energia potencial e potencial do campo de uma carga pontual. Caráter conservativo do campo eletrostático; relação entre campo e potencial. Potencial de um sistema de cargas pontuais e de distribuições contínuas de carga; potencial do dipolo elétrico; exemplos. Superfícies equipotenciais e linhas de campo. Energia potencial eléctrica de um sistema de cargas pontuais. 4. Capacidade, condensadores e dielétricos. Sistemas de condutores carregados e conceito de capacidade; exemplos de cálculo de capacidade. Materiais dielétricos e polarização. Dielétrico num condensador plano; densidades de carga de polarização. Campo elétrico no exterior e no interior de um dielétrico e suscetibilidade elétrica. Forma integral da lei de Gauss com dielétricos. Armazenamento de energia num condensador plano, no vácuo e com dielétrico. Densidade de energia do campo no vácuo e num dielétrico. Deslocamento relativo entre as armaduras de um condensador plano isolado ou ligado à fonte; pressão eletrostática. Associações de condensadores em paralelo e em série. 5. Corrente elétrica estacionária. Portadores de carga, intensidade de corrente elétrica, densidade de corrente. Condução num metal; condutividade elétrica do metal. Lei de Ohm. Resistência elétrica; exemplos. Lei de Joule. Equação de continuidade da carga elétrica. Força eletromotriz de um gerador; resistência interna de um gerador não ideal. Associações de resistências em série e em paralelo. Circuitos em corrente constante. Leis de Kirchhoff; exemplos. Circuito RC. Descarga e carga de um condensador: energia fornecida pela fonte, energia dissipada na resistência e energia elétrica no condensador. Amperímetro e voltímetro. 6. Campo magnetostático no vácuo: força magnética. Força magnética sobre uma carga pontual móvel e sobre um elemento de corrente elétrica. Movimento de partículas carregadas em campos magnéticos e elétricos; exemplos. Força e momento de força de campos magnéticos sobre espiras de corrente; momento magnético e dipolo magnético. Galvanómetro de d'Arsonval. 7. Corrente elétrica estacionária e campo magnético no vácuo. Campo magnético de uma carga pontual em movimento; força magnética entre cargas móveis. Campo magnético de uma distribuição de corrente eléctrica; lei de Biot e Savart; exemplos; campo dipolar. Campo axial de solenoide. Definição SI de ampère. Forma integral da lei de Gauss magnética; linhas de campo magnético. Forma integral da lei de Ampère; exemplos. 8. Indução magnética. Lei de Faraday, forma integral. Força eletromotriz devida a campo variável temporalmente e devida a deslocamentos espaciais. A lei de Lenz. Força eletromotriz e intensidade de corrente induzida em diversas situações. Funcionamento de um gerador e de um motor. Conceitos de auto e mútua indutância. Circuito RL. Energia magnética; densidade volúmica de energia magnética. Campos não-estacionários, indução magnética e indução elétrica; conservação da carga e corrente de deslocamento. Equações de Maxwell de campos não-estacionários no vácuo. 9. Magnetismo na matéria. Magnetização e densidades de corrente de magnetização. Suscetibilidade magnética. Paramagnetismo, ferromagnetismo e diamagnetismo.

Bibliografia Obrigatória

P. A. Tipler; Physics for scientists and engineers, Worth Publishers, 1991
D. J. Griffiths; Introduction to Electrodynamics, Prentice-Hall, 1999
E. M. Purcell; Electricity and Magnetism, McGraw-Hill, 1965

Bibliografia Complementar

R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands; The Feynmam Lectures on Physics, Addison-Wesley, 1964
R. Blum, D. E. Roller; Physics, 2nd Vol., Holden-Day, 1982
M Alonso and E. J. Finn; Physics, Addison-Wesley, 1996
P. Lorrain, D. Corson, F. Lorrain; Campos e ondas electromagnéticas, Fundação Calouste Gulbenkian, 2000
J. R. Reitz, F. J. Milford, R. W. Christy; Foundations of Electromagnetic Theory, Addison-Wesley, 1993

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teóricas de exposição e discussão dos temas abordados, apresentando exemplos para a compreensão dos conceitos, leis e técnicas de cálculo. Aulas teórico-práticas de resolução de exercícios e um problema em grupo. Aulas de prática computacional de aprendizagem de um código em Phyton e resolução numérica de problemas simples.

Palavras Chave

Ciências Físicas > Física > Electromagnetismo

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Teste	70,00
Trabalho escrito	20,00
Trabalho laboratorial	10,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	133,50
Frequência das aulas	69,00
Total:	202,50

Obtenção de frequência

Importante: Os alunos podem mudar de turma TP na primeira semana de aulas, mediante a autorização do docente da “turma de chegada” e conhecimento do docente da “turma de partida”.

Critérios para obtenção de dispensa às aulas TP’s e Computacionais.

Os estudantes que tenham obtido frequência no ano letivo 2015/16, podem pedir dispensa das aulas TP’s e Computacionais. O pedido deve ser feito até dia 10 de fevereiro, por e-mail ao Docente Responsável (jamoreir@fc.up.pt).

No caso de a dispensa ser concedida, o aluno manterá a classificação do exame Computacional e a classificação obtida dos testes realizados em 2015/16 terá o peso indicado para o trabalho em grupo em aula TP. No entanto, nenhum estudante está dispensado de realizar os dois testes previstos.

Em época de recurso, aplicam-se as regras de avaliação dos restantes estudantes.

Fórmula de cálculo da classificação final

A avaliação à UC Eletromagnetismo tem duas alternativas: Avaliação contínua ou exame final

A. Avaliação contínua:

A avaliação contínua tem uma componente individual e uma componente de grupo. A constituição dos grupos estará a cargo do docente da respetiva turma TP. A avaliação do trabalho de grupo inclui autoavaliação e avaliação por pares.

As componentes de avaliação contínua são:

1. exame computacional, realizado durante o período de aulas, com peso 10%. A nota da prova computacional não é passível de melhoria.
2. trabalho em grupo em aula TP, com peso 20% (não passível de melhoria).

Na primeira aula TP o docente irá dar um teste diagnóstico. Com base nos resultados, o docente formará grupos de 3 a 4 estudantes.

Em cada aula TP, a partir da segunda inclusive, o docente entregará um problema a cada grupo. Cada grupo deverá resolver o problema (tempo previsto 40 minutos) e entregá-lo no final da aula TP para avaliação. Cada grupo será avaliado 4 vezes no semestre, em datas aleatórias. Só no final da aula TP é que o docente informará quais são os grupos a serem avaliados. A nota de cada elemento do grupo (NG) é obtida tomando a média das 3 resoluções com melhor classificação.

No final do semestre, cada estudante num grupo fará a sua autoavaliação e avalia os seus colegas. Cada nota atribuída deverá estar compreendida entre -1 a 1, mas a soma das quatro avaliações atribuídas por casa elemento do grupo, a si mesmo e aos colegas, deverá ter soma nula.

A nota (Xi) do estudante i no trabalho em grupo em aula TP será dada pela fórmula:

Xi=NG +2xAi

Ai = média das 4 classificações que o estudante i obteve no seu grupo (autoavaliação e avaliação pelos seus três colegas).

B. Dois testes

Um teste intercalar, com três problemas (o estudante escolhe apenas dois para resolver). As questões do primeiro teste irão sair da lista de problemas que serão disponibilizados para praticarem fora do tempo de aula. Data do teste intercalar: 31 de março às 14:30. Peso 25%

Teste na data do exame de época normal incluindo 5 problemas, com possibilidade de melhoria na época de recurso: 45%

Melhoria de classificação

A melhoria da classificação final (Época de Recurso, Especial) será apenas relativa à componente de teste.