Física II

Código:

EQ0075

Sigla:

F II

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências Físicas (Física)

Ocorrência: 2009/2010 - 2S

Ativa?	Sim
Página Web:	http://moodle.fe.up.pt/0910/course/view.php?id=906
Página e-learning:	http://moodle.fe.up.pt/
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Física
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Química

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEQ	82	Plano de estudos oficial	2	-	6	49	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

São objectivos da unidade curricular que os estudantes adquiram conhecimentos fundamentais de Electromagnetismo e de Óptica Geométrica e que estes desenvolvam as suas competências e atitudes pessoais e profissionais.

No final desta unidade curricular o aluno deve ter adquirido as competências a seguir descritas.

1. Aquisição de conhecimentos técnicos (CDIO 1.1,1.2).

1.1 Conhecimentos de ciências fundamentais
1.2 Conhecimentos básicos de Engenharia

- Apresentar o Electromagnetismo como uma teoria unificadora dos vários fenómenos electromagnéticos e ópticos observados na Natureza e utilizados nas tecnologias.

- Usar correctamente as leis que regem os fenómenos electromagnéticos e da óptica geométrica.

- Descrever e explicar conceitos essenciais sobre electromagnetismo: campo eléctrico, corrente eléctrica, circuitos eléctricos de corrente contínua, campo magnético, indução electromagnética, circuitos eléctricos de corrente alternada, ondas electromagnéticas.

- Descrever e explicar propriedades essenciais da luz: propagação, reflexão, refracção.

- Descrever e explicar os conceitos básicos de óptica geométrica: traçado de raios, formação de imagens.

- Descrever e explicar o funcionamento de aplicações práticas de electromagnetismo: condensadores, resistências eléctricas, bobines, motores eléctricos, geradores eléctricos e transformadores eléctricos, bem como de dispositivos básicos de óptica geométrica: espelhos, lentes e microscópios.

- Identificar e distinguir os fenómenos estáticos e os fenómenos dependentes do tempo.

- Explicar a um nível elementar os mecanismos microscópicos responsáveis pelos diferentes fenómenos macroscópicos observados: estrutura atómica da matéria, materiais polares e apolares, modelo de Drude para o transporte da corrente eléctrica, correntes microscópicas como origem do magnetismo e interacção da radiação com a matéria (absorção e emissão).


2. Desenvolvimento de competências e atitudes pessoais e profissionais (CDIO 2.1, 2.2, 2.3, 2.4)

2.1 Raciocínio e resolução de problemas
2.2 Experimentação e descoberta do conhecimento
2.3 Desenvolver pensamento sistémico
2.4 Capacidades e atitudes pessoais

- Ter adquirido competências em resolver crítica e autonomamente exercícios sobre a matéria.

- Enumerar os quatro passos de Pólya e aplicá-los na resolução de exercícios.

- Ter uma atitude critica perante os resultados finais obtidos, recorrendo à análise dimensional, a estimativas das ordem de grandeza esperadas, ao estudo da interdependência entre as grandezas envolvidas e ao estudo do comportamento da solução em casos-limite.

- Adquirir uma disciplina de trabalho continuado ao longo do semestre.

- Desenvolver competências na comunicação escrita.

- Usar vocabulário técnico apropriado para explicar os diferentes conceitos e fenómenos abordados.

- Desenvolver uma atitude respeitadora de valores éticos, tais como, o respeito mútuo e a honestidade.

Programa

INTRODUÇÃO: Coordenadas. Vectores. Revisões de Mecânica e Campo Gravítico.

ELECTROSTÁTICA: Estrutura atómica da matéria. Isoladores e condutores. Electrização por fricção, indução e condução. Carga eléctrica. Força eléctrica de Coulomb. Campo eléctrico. Linhas de campo. Lei de Gauss. Potencial eléctrico. Energia electrostática. Capacidade eléctrica. Condensadores no vazio. Campo eléctrico na matéria: materiais dieléctricos (o dipólo eléctrico, momento dipolar e polarização, susceptibilidade dieléctrica, constante dieléctrica e ruptura dieléctrica). Permitividade eléctrica relativa. Condensadores com dieléctricos.

CORRENTE ELÉCTRICA: Condutores. Corrente eléctrica. Densidade de corrente eléctrica. Modelo de Drude: electrões de condução, interacção electrão-rede, velocidade de condução, tempo de colisão, condutividade e resistividade eléctricas. Resistência eléctrica. Lei de Ohm. Dependência da resistividade eléctrica com a temperatura. Efeito de Joule.

CIRCUITOS DE CORRENTE CONTÍNUA: Fontes electromotrizes ideais e reais. Leis de Kirchhoff. Associações de resistências e condensadores. Divisores de carga, corrente e tensão usando resistências e condensadores. Circuitos RC. Métodos de resolução de circuitos com fontes, resistências e condensadores.

CAMPO MAGNÉTICO: Correntes eléctricas estacionárias como fontes do campo magnetostático. Campo magnetostático. Linhas de campo. Lei de Biot-Savart. Lei de Ampère. Energia magnestostática. Bobines. Coeficiente de auto-indução. Força magnética sobre uma carga eléctrica. Espectrómetro de massa. Força magnética sobre um fio percorrido por uma corrente. Princípio de funcionamento de um motor eléctrico. Campo magnético na matéria: materiais diamagnéticos, paramagnéticos e ferromagnéticos. Permeabilidade magnética relativa. Bobines com núcleo ferromagnético.

CAMPO ELECTROMAGNÉTICO: Indução Electromagnética: Leis de Lenz e de Faraday. Princípio de funcionamento de um gerador eléctrico e de um transformador eléctrico. Corrente de deslocamento de Maxwell. Lei de Ampère-Maxwel. Campo electromagnético. Equações de Maxwell no espaço livre. Ondas electromagnéticas. Antenas emissoras e receptoras de ondas de rádio.

CIRCUITOS DE CORRENTE ALTERNADA: Geradores de corrente alternada. Resistências, bobines e condensadores em corrente alternada. Impedância eléctrica. Estudo dos circuitos RC, RL, LC e RLC. Ressonância. Filtros.

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PROPRIEDADES DA LUZ: Átomos, electrões e fotões. Relação de de Broglie. Sistemas quânticos simples: poço de potencial infinito e átomo de Hidrogénio. Espectros de riscas. Interação radiação-matéria: absorção, emissão espontânea, emissão estimulada, espalhamento, efeitos fotoeléctrico e de Compton. Princípio de funcionamento de um laser. Propagação da luz. Reflexão. Refracção. Fibras Ópticas. Princípio de Huyghens. Princípio de Fermat. Dispersão. O arco-íris. Polarização (por absorção e reflexão).

ÓPTICA GEOMÉTRICA: Espelhos esféricos e planos. Superfícies refractoras esféricas. Lentes finas esféricas. Instrumentos ópticos: olho humano, microscópio, telescópio.

INTERFERÊNCIA E DIFRACÇÃO. Figuras de interferência e de difracção produzidas por duas fendas. Difracção por uma fenda (de Fraunhofer e de Fresnel). Redes de difracção. Espectroscópios. Hologramas.

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Bibliografia Obrigatória

Paul A. Tipler; Física para cientistas e engenheiros. ISBN: 85-216-1215-X (vol.2) (Existem vários exemplares na biblioteca da FEUP.)
Richard Fitzpatrick; Electromagnetism and Optics, University of Texas at Austin, 1999 (Está disponível na página web/moodle da unidade curricular uma cópia pdf.)
Paul A. De Young; "Unit O - Geometrical Optics", 2001 (Disponível em http://www.physics.pomona.edu/sixideas/sioptc.html)
L M Martelo; Apontamentos da disciplina. (Disponíveis em pdf na página web/moodle da unidade curricular.)

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

- Aulas teorico-práticas (gerais) de exposição dos vários conceitos, exemplos ilustrativos e resolução de exercícios.

- Aulas práticas (turmas) de resolução de exercícios supervisionados pelo docente.

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	56,00
Avaliação Distribuída	Exame	2,00
Exame Final	Exame	2,00
	Total:	-	0,00

Componentes de Ocupação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Data Conclusão
Estudo ao longo do semestre	Estudo autónomo	72
Estudo para a Avaliação Distribuída	Estudo autónomo	14
Estudo para o Exame Final	Estudo autónomo	16
	Total:	102,00

Obtenção de frequência

- Obtém frequência, i.e., admissão a exame final, todo o aluno regularmente inscrito que:
1. Não ultrapasse o máximo permitido de 9 (nove) faltas às aulas teórico-práticas e práticas.
2. Obtenha a classificação mínima de 10 (dez) valores na componente da avaliação distribuída.

- A avaliação distribuída consistirá em 2 mini-testes em datas pré-definidas. Os minitestes possuem uma duração máxima de 1 hora e serão efectuadas na aula prática.

- Datas dos minitestes (CALENDÁRIO PROVISÓRIO):
MT1 - 12-15 Abril (8ª semana efectiva de aulas)
MT2 - 17-20 Maio (12ª semana efectiva de aulas)

- Os alunos que obtiveram frequência no ano de 2008/2009 estão dispensados da frequência das aulas, cuja nota se mantém. Contudo, estes alunos poderão optar por se inscreverem a uma turma prática e submeter-se à componente distribuída de avaliação, sendo anulada a classificação anterior. Esta opção é irreversível.

- Consultar o Artigo 4º das Normais Gerais de Avaliação da FEUP.

Fórmula de cálculo da classificação final

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

Se AD >= 10 então o aluno tem admissão ao exame final.

Para se obter aprovação à disciplina, i.e., uma classificação final CF >= 10 (dez) valores, é necessário obter o mínimo de 8 (oito) valores no exame final. A AD tem um peso de 30% para a CF e o EF tem um peso de 70% para a CF.

Se EF >= 8 então CF = 0.3 * AD + 0.7 * EF
senão CF= EF

Provas e trabalhos especiais

n.a.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

- Os alunos que possuem estatuto de trabalhador estudante ou militar estão dispensados da frequência e obrigatoriedade da componente distribuída da avaliação, sendo a sua classificação final a classificação obtida no exame final. Contudo, estes alunos podem optar por se submeter à avaliação distribuída, passando a estar sujeitos às regras gerais da disciplina. Esta opção é irreversível.

- Os alunos com estatuto de dirigente associativo não estão dispensados da avaliação distribuída.

- Consultar os Artigos 4º e 6º das Normais Gerais de Avaliação da FEUP.

Melhoria de classificação

Através do exame final da época de recurso.
A classificação final será calculada do seguinte modo:

CF = max (0.3* AD + 0.7 * EFN, 0.3 * AD + 0.7 * EFR, EFR)

onde
CF é a classificação final (de 0 a 20 valores),
AD a classificação de avaliação distribuída (de 0 a 20 valores),
EFN a classificação no exame final da época normal (de 0 a 20 valores) e
EFR a classificação no exame final da época de recurso (de 0 a 20 valores).

Observações

Os alunos devem dedicar ao estudo da disciplina cerca de 6 horas semanais, além da frequência habitual às aulas.

- Informações (minitestes,etc.) e material de estudo (apontamentos, transparências usadas nas aulas, etc.) podem ser obtidas na página web moodle da disciplina: http://moodle.fe.up.pt/0910/course/view.php?id=906

- Alunos que tenham falta justificada na secretaria do DEQ a quando de uma componente da avaliação distribuída poderão realizar um mini-teste extra, em data a ser definida.

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