Electromagnetismo

Código:

EEC0012

Sigla:

ELEM

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Física

Ocorrência: 2012/2013 - 1S

Ativa?	Sim
Página Web:	https://www.fe.up.pt/si/conteudos_adm.conteudos_list?pct_pag_id=1639&pct_parametros=p_ano_lectivo=2011/2012-y-p_cad_codigo=EEC0012-y-p_periodo=1S
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Física
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEEC	452	Plano de estudos de Transição a partir de 2010/11	2	-	7	77	189
		Plano de estudos oficial	2	-	7	77	189

Língua de trabalho

Português

Objetivos

São objetivos desta unidade curricular que os estudantes:
- adquiram conhecimentos fundamentais de eletromagnetismo, ciência base da engenharia eletrotécnica;
- desenvolvam o raciocínio e adquiram competências na resolução autónoma e crítica de problemas;
- adquiram uma disciplina de trabalho continuado ao longo do semestre;
- tenham uma atitude respeitadora de valores éticos, tais como o respeito mútuo e a honestidade.

No final desta unidade curricular, o estudante deve ser capaz de:
- usar corretamente as leis que regem os fenómenos eletromagnéticos;
- descrever o Eletromagnetismo como uma teoria unificadora dos vários fenómenos eletromagnéticos observados na Natureza e utilizados nas tecnologias;
- usar vocabulário técnico apropriado para explicar os conceitos e os fenómenos eletromagnéticos;
- descrever aplicações práticas de Eletromagnetismo, tais como, condensadores, resistências, bobinas, motores elétricos, geradores elétricos, transformadores elétricos e circuitos magnéticos;
- ter uma atitude critica perante os resultados finais obtidos, recorrendo à análise dimensional (análise de unidades), a estimativas das ordens de grandeza esperadas, ao estudo da interdependência entre as grandezas envolvidas e ao estudo do comportamento da solução em casos-limite.

As competências que são objeto do processo de avaliação (teste de avaliação distribuída e exame final) são as seguintes:
- uso correto das leis que regem os fenómenos eletromagnéticos.
- atitude critica perante os resultados finais obtidos.

Programa

1) Sistemas de Coordenadas: cartesiano, cilíndrico e esférico; transformações entre sistemas de coordenadas; elementos de comprimento, de superfície e de volume.

2) Lei de Coulomb: carga elétrica e sua conservação; condutores e isoladores; distribuições discretas e contínuas de carga elétrica; força elétrica entre cargas pontuais; princípio da sobreposição.

3) Campo Elétrico: cálculo do campo elétrico a partir da lei de Coulomb; o dipolo elétrico; linhas de força. Lei de Gauss na forma integral; fluxo elétrico; o teorema da divergência e a forma diferencial da Lei de Gauss.

4) Potencial Eletrostático: forças e campos conservativos; o teorema de Stokes e o rotacional do campo eletrostático; o potencial elétrico; as equipotenciais; relação diferencial entre campo e potencial elétricos; o dipólo elétrico; a forma diferencial das equações da eletrostática. As equações de Poisson e de Laplace. Energia eletrostática.

5) Eletrostática de Materiais Condutores: condutores em equilíbrio eletrostático; propriedades elétricas; o poder das pontas; a blindagem; eletrostática.

6) Capacidade Elétrica e Condensadores: condensadores planos, cilíndricos e esféricos; associações em série e paralelo de condensadores; energia eletrostática armazenada num condensador.

7) Eletrostática de Materiais Dielétricos: cargas de polarização; vetor polarização; vetor deslocamento elétrico; dielétricos isotrópicos, homogéneos e lineares: suscetibilidade elétrica, permitividade elétrica; rotura dielétrica e rigidez dielétrica. Condensadores com dielétricos. Energia eletrostática na matéria. Condições fronteira do campo elétrico.

8) Corrente Elétrica: vetor densidade de corrente. Condutores metálicos: modelo microscópico da condução elétrica; condutividade e resistividade elétricas; variação da resistividade com a temperatura. Lei de Ohm; resistência elétrica; efeito de Joule; força eletromotriz; equação de continuidade; as leis de Kirchhoff.

9) Campo Magnético: força magnética entre correntes elétricas estacionárias; o campo magnético B; lei de Biot-Savart; lei de Ampère na forma integral, o rotacional do campo magnetostático e a forma diferencial da lei de Ampère; força̧ magnética sobre uma carga elétrica: equação de Newton-Lorentz; força magnética sobre percursos com correntes elétricas; forças e binários em espiras. Divergência do campo magnético; o vetor potencial magnético. A forma diferencial das equações da magnetostática. Indutância e bobinas: coeficientes de auto-indução e indução mútua; a fórmula de Neumann. Energia magnética armazenada numa bobina.

10) Materiais Magnéticos: o dipolo magnético; o vetor magnetização; as correntes de magnetização; o campo magnético H; diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo; o ciclo histerético; materiais magnéticos isotrópicos, homogéneos e lineares: suscetibilidade magnética, permeabilidade magnética; condições fronteira do campo magnético. Circuitos Magnéticos: a lei de Hopkinson; força magnetomotriz e relutância magnética; leis dos nós e das malhas para circuitos magnéticos.

11) Indução Eletromagnética: lei da indução de Faraday; lei de Lenz; princípio de funcionamento de um gerador de corrente elétrica alternada; a lei da indução de Faraday nas formas integral e diferencial; o transformador elétrico ideal. Energia magnética.

12) As Equações de Maxwell: a corrente de deslocamento; o campo magnético induzido; a lei de Ampère-Maxwell nas formas integral e diferencial; as equações de Maxwell no vácuo e na presença da matéria; ondas eletromagnéticas e a velocidade da luz no vácuo; ondas eletromagnéticas planas e harmónicas; o espetro eletromagnético; a equação de conservação da energia eletromagnética e vetor de Poynting.

Bibliografia Obrigatória

Alfredo Barbosa Henriques, Jorge Crispim Romão; Electromagnetismo. ISBN: 972-8469-45-4

Bibliografia Complementar

H. Moysés Nussenzveig; Curso de física básica. ISBN: 85-212-0134-6 (vol. 3)
David J. Griffiths, Reed College; Introduction to electrodynamics. ISBN: 0-13-805326-X
Umran S. Inan, Aziz S. Inan; Engineering electromagnetics. ISBN: 0-8053-4423-3
Daniel Fleisch; A student.s guide to Maxwell.s Equations. ISBN: 978-0-521-70147-1 (Livro "de cabeceira" para acompanhar toda a UC. No final do semestre, os estudantes deverão ter adquirido as competências necessárias para utilizar sem dificuldade este livro.)
Daniel Fleisch; A Student's Guide to Vectors and Tensors, Cambridge University Press, 2011. ISBN: 0521171903 (Livro "de cabeceira" para acompanhar toda a UC no respeitante à análise vetorial)

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

As aulas TEÓRICAS são aulas expositivas onde se apresenta a matéria a lecionar e se discute e resolvem problemas ilustrativos dessa mesma matéria.

As aulas TEORICO-PRÁTICAS consistem na resolução pelos estudantes de problemas propostos (retirados do "caderno de exercícios" da unidade curricular) sob supervisão do docente. Os estudantes devem prestar particular atenção aos objetivos descritos no início de cada série de exercícios.

Em "CONTEÚDOS", na página da unidade curricular, serão disponibilizadas as apresentações das aulas teóricas, recursos multimédia, caderno e folhas de exercícios, testes de auto-avaliação, informações gerais sobre a unidade curricular, enunciados de exames, resultados da avaliação.

Em data pré-definida, serão realizados dois testes de avaliação distribuída, com uma duração máxima de uma hora e trinta minutos (1h:30min) cada um deles.

Atendimento dos estudantes: acompanhamento personalizado esclarecendo dúvidas sobre a teoria e aplicações.

Palavras Chave

Ciências Físicas > Física > Electromagnetismo

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Participação presencial (estimativa)	Participação presencial	70,00
exame final	Exame	2,50
testes de avaliação distribuída	Exame	3,00
estudo para o exame final	Exame	19,50
	Total:	-	0,00

Componentes de Ocupação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Data Conclusão
estudo ao longo do semestre	Estudo autónomo	84
estudo para a avaliação distribuída	Estudo autónomo	10
	Total:	94,00

Obtenção de frequência

Obtém frequência (admissão a exame final) todo o estudante regularmente inscrito que:
- não ultrapasse o máximo de 3 (três) faltas às aulas teórico-práticas (NGA, artº 4º, nº 1).
- obtenha a classificação mínima de 8,0 (oito) valores, em 20 valores possíveis, na componente da avaliação distribuída.

EXPLICAÇÃO DA AVALIAÇÃO DISTRIBUÍDA:

► A avaliação distribuída consistirá em dois (2) testes a realizar em datas pré-definidas (*).

► Os testes terão a duração de 1 hora e 30 minutos cada um e serão realizados simultaneamente por todos os estudantes em sala(s) a indicar pelos docentes.

► A classificação da avaliação distribuída é dada por:

AD = 3/8 T1 + 5/8 T2

onde
T1 – Classificação do teste 1 (0-20 valores)
T2 – Classificação do teste 2 (0-20 valores)
AD - Classificação da Avaliação Distribuída (0-20 valores)

► A classificação conseguida na avaliação distribuída só entrará no cálculo da classificação final se o estudante obtiver no exame final uma classificação superior ou igual a 8,0 valores (em 20).


PLANIFICAÇÃO DA AVALIAÇÃO DISTRIBUÍDA:

(*) DATA DA REALIZAÇÃO DOS DOIS (2) TESTES:
- 1º teste: 10 de outubro de 2012 (quarta-feira)
- 2º teste: 28 de Novembro de 2012 (quarta-feira)


Estão dispensados de frequência os estudantes nas condições previstas no nº 3 do artº 4 das Normas Gerais de Avaliação, nomeadamente, os estudantes militares, trabalhadores-estudantes e trabalhadores independentes assim como os estudantes que tenham obtido frequência à unidade curricular no ano letivo de 2011/2012.

Os estudantes nas condições anteriores podem optar por se submeter à avaliação distribuída no presente ano letivo, devendo para tal inscrever-se numa turma TP, passando assim a estar sujeitos às regras gerais da unidade curricular. Esta opção é irreversível.

Fórmula de cálculo da classificação final

Se AD >= 8,0 valores (na escala 0-20 valores) então o estudante tem admissão ao exame final (época normal e época de recurso).

Para se obter aprovação à unidade curricular, i.e., uma classificação final CF >= 10 (dez) valores, é necessário obter o mínimo de 8,0 (oito) valores no exame final (na escala de 0 a 20 valores). Então a classificação final da unidade curricular é obtida como o máximo valor inteiro entre a classificação obtida no EF e o valor obtido ponderando a classificação AD com peso de 40% e a classificação obtida no EF com peso de 60% conforme a fórmula abaixo indicada:

Se EF >= 8,0 então CF = MAX (EF ; 0,4 * AD + 0,6 * EF)
senão CF= EF

onde
AD - Avaliação Distribuída (0-20 valores)
EF - Exame Final (0-20 valores)
CF - Classificação Final (0-20 valores)

Provas e trabalhos especiais

n.a.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Os estudantes que durante o ano letivo de 2012/2013 têm estatuto de trabalhador estudante ou militar estão dispensados de frequência sendo a sua classificação final a nota do exame final.

Os estudantes nas condições anteriores podem optar por se submeter à avaliação distribuída no corrente ano letivo de 2012/2013, devendo para tal inscrever-se numa turma TP, passando assim a estar sujeitos às regras gerais da unidade curricular. Esta opção é irreversível.

Os estudantes com estatuto de dirigente associativo NÃO estão dispensados da avaliação distribuída.

Melhoria de classificação

Através de Exame Final da Época de Recurso. A classificação final será calculada do seguinte modo:

CF = MAX (CFN, 0.4*AD + 0.6*R, R)

onde CFN é a classificação final na época normal (de 0 a 20 valores), AD a classificação de avaliação distribuída (de 0 e 20 valores) e R a classificação no exame final da época de recurso (de 0 a 20 valores).

Observações

Os estudantes devem dedicar ao estudo da unidade curricular cerca de 6 horas semanais, para além da normal frequência às aulas teóricas e teórico-práticas.

Os estudantes que tenham a falta devidamente justificada na Secretaria do DEEC aquando da realização de um dos testes da avaliação distribuída (10/10/2012 ou 28/11/2012), poderão realizar um teste de avaliação distribuída extraordinário, de substituição, em 12 de dezembro de 2012 (parte da tarde).

No final do semestre, os estudantes deverão ter adquirido as competências necessárias para utilizar sem dificuldade o livro recomendado na bibliografia complementar "A Student's Guide to Maxwell's Equations" de Daniel Fleisch.

PRÉ-REQUISITOS : admite-se que os estudantes têm i) conhecimentos de mecânica newtoniana, isto é, que sabem enunciar as três leis de Newton e que são capazes de descrever as forças e os movimentos que produzem; ii) alguns conhecimentos elementares de estrutura atómica da matéria; iii) conhecimentos de circuitos elétricos, isto é, conhecem as leis de Ohm e de Kirchhoff e sabem como lidar com resistências, condensadores e bobinas; iv) alguns conhecimentos sobre vetores (por exemplo, que sabem somar vetores, escrever o raio vetor de posição de uma partícula no espaço tridimensional e calcular os produtos interno e externo de dois vetores) e cálculo elementar (isto é, que sabem derivar e integrar funções simples).

Nos testes de avaliação distribuída e no exame final (EF):
i) não será permitida a utilização de máquinas de calcular;
ii) poderá ser utilizado um FORMULÁRIO que será fornecido atempadamente.

Qualquer tentativa de FRAUDE durante o processo de avaliação distribuída leva à perda de frequência e não admissão a exame.

- ATENDIMENTO DOS ESTUDANTES:
- doutor Paulo Araújo Sá: à sexta-feira, das 16h00 às 18h30, no gabinete (sala I115);
- doutor Luís Miguel Martelo: à quinta-feira das 15h00 às 17h30 e à sexta-feira das 10h30 às 11h30, no gabinete (sala H315);
- doutor Francisco Salzedas: à terça-feira, das 11h00 às 13h00 e quarta-feira das 11h30 às 13h00, no gabinete (sala F413);
- doutor Carlos Pintassilgo: à segunda-feira, das 15h00 às 16h00, no gabinete (sala I115);
- doutora Maria Helena Braga: à terça-feira, das 14h00 às 17h00, no gabinete (sala H314);
- doutor António Santos Silva: à segunda feira, das 10h00 às 13h00, no gabinete (H313);
- doutora Joana Espain Oliveira: à quarta-feira, das 14h30 às 17h30, no gabinete (sala F413);
- doutor João Gama Oliveira: à segunda-feira, das 14h00 às 17h00, no gabinete (sala H315) .