Física II
Áreas Científicas |
Classificação |
Área Científica |
OFICIAL |
Física |
Ocorrência: 2013/2014 - 1S (de 09-09-2013 a 20-12-2013)
Ciclos de Estudo/Cursos
Língua de trabalho
Português - Suitable for English-speaking students
Objetivos
Atualmente o processamento, armazenamento e transmissão de informação são feitos usando fenômenos eletromagnéticos. Consequentemente, a formação de base de um engenheiro informático deve incluir o estudo da eletricidade, do magnetismo e dos circuitos elétricos
Esta unidade curricular visa dotar os estudantes com conhecimentos básicos de eletromagnetismo e processamento de sinais. A abordagem é experimental, com recurso a experiências simples que os estudantes podem realizar durante as aulas teórico-práticas para consolidar os conhecimentos teóricos e adquirir experiência no uso dos instrumentos de medição. O Sistema de Computação Algébrica (CAS) usado na unidade curricular Física 1 é também aproveitado para facilitar a resolução de problemas e para visualizar campos elétricos e magnéticos.
Resultados de aprendizagem e competências
Para obter aprovação nesta unidade curricular, os estudantes devem ser capazes de:
- Analisar circuitos elétricos simples e explicar o seu funcionamento.
- Identificar fenómenos eletromagnéticos na sua experiência quotidiana.
- Usar princípios físicos para explicar o funcionamento dos aparelhos elétricos.
- Avaliar diferentes dispositivos elétricos com funções semelhantes (por exemplo: ecrãs de CRT, plasma, LCD e LED) apontando as vantagens e desvantagens de cada um.
Modo de trabalho
Presencial
Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)
Espera-se que os estudantes inscritos já tenham frequentado as unidades curriculares Física 1 e Complementos de Matemática, do primeiro ano, ou unidades curriculares equivalentes.
Programa
- Eletrostática. Estrutura atómica. Cargas e forças elétricas. Condutores e isoladores.
- Eletricidade. Potencial eletrostático. Fontes de força eletromotriz. Condutores, semicondutores e diódos. Corrente elétrica. Potência elétrica. Lei de Ohm. Resistência. Supercondutividade. Associações de resistências.
- Capacidade elétrica. Condutores isolados. Condensadores. Energia eletrostática. Associações de condensadores.
- Circuitos de corrente contínua. Diagramas de circuitos. Leis dos circuitos. Método das malhas. Estado estacionário de circuitos com condensadores.
- Campo e potencial elétricos. Campo e potencial produzidos por sistemas de sistemas de cargas pontuais. Linhas de campo e superfícies equipotenciais. Pontos críticos do campo elétrico. Fluxo elétrico. Lei de Gauss. Campo e potencial nos condutores.
- Campo magnético. Forças magnéticas. Torque e momento magnético. Lei de Ampère. Espiras e bobinas.
- Indução eletromagnética. Campo elétrico induzido. Leis de Faraday e de Lenz. Geradores de corrente alternada. Indutância. Autoindução.
- Processamento de sinais. Estado transitório dos circuitos. Equações diferenciais dos circuitos. Função de transferência. Constantes de tempo. Impedância generalizada. Associações de impedâncias.
- Circuitos de corrente alternada. Funções sinusoidais. Fasores. Tensão alternada. Impedância complexa. Potência dissipada nos circuitos. Filtros de frequência. Função de resposta. Ressonância.
- Ondas eletromagnéticas e luz. Equações de Maxwell. Campos induzidos. Campo eletromagnético no vácuo. Equação de onda. Ondas planas polarizadas. Ondas harmónicas. Espetro eletromagnético. Teorias ondulatória e corpuscular da luz. Díodos emissores de luz (LED).
Bibliografia Obrigatória
Jaime E. Villate; Eletricidade, Magnetismo e Circuitos, 2012. ISBN: 978-972-99396-2-4 (Disponível em http://def.fe.up.pt/pt/Eletricidade,_Magnetismo_e_Circuitos)
Bibliografia Complementar
Villate, Jaime E.;
Electromagnetismo. ISBN: 972-773-010-8
Observações Bibliográficas
O livro pode ser consultado e copiado livremente em http://def.fe.up.pt/pt/Eletricidade,_Magnetismo_e_Circuitos
Métodos de ensino e atividades de aprendizagem
Esta é uma unidade curricular prática, com um método de ensino ativo e com recurso a equipamento de laboratório e ferramentas informáticas de e-learning e sistema de computação algébrica (CAS).
As aulas teórico-práticas decorrem no estúdio de física do DEF (sala B233). Em cada aula os estudantes trabalham em grupo num dos terminais da sala, com acesso à Web e ao material disponibilizado que inclui instrumentos de medição, componentes de circuitos, apontamentos, perguntas de escolha múltipla e problemas. Os estudantes devem resolver em grupo as perguntas de escolha múltipla e alguns dos problemas. Os restantes problemas, no respetivo capítulo, constituem trabalho para casa.
Nas aulas teóricas são realizadas demonstrações experimentais e são dados esclarecimentos sobre o material do livro de texto, tentando, dentro do possível, não repetir as mesmas explicações dadas no livro.
O apoio à disciplina, incluindo publicação de apontamentos, material a usar nas aulas teórico-práticas, correções/resoluções dos testes e exames, lançamento de classificações e contato com os docentes, através de fóruns, é feito através do servidor de e-learning (http://def.fe.up.pt/eic0014) que permite acesso público, excepto a secção de avaliação que é restrita aos alunos inscritos.
Software
Maxima
Moodle
Palavras Chave
Ciências Físicas > Física > Electromagnetismo
Ciências Físicas > Física > Electrónica
Ciências Físicas > Física
Tipo de avaliação
Avaliação distribuída com exame final
Componentes de Avaliação
Designação |
Peso (%) |
Exame |
60,00 |
Participação presencial |
0,00 |
Teste |
40,00 |
Total: |
100,00 |
Componentes de Ocupação
Designação |
Tempo (Horas) |
Estudo autónomo |
106,00 |
Frequência das aulas |
56,00 |
Total: |
162,00 |
Obtenção de frequência
Assiduidade
Para serem avaliados é exigido que os estudantes cumpram a condição de assiduidade, que consiste em não exceder o número limite de faltas correspondente a 25% das aulas previstas. Estão dispensados da verificação das condições de assiduidade os estudantes inscritos como trabalhador estudante e os estudantes que tenham cumprido a condição de assiduidade em algum dos dois anos anteriores.
Componente distribuida da avaliação
A componente distribuída da avaliação (40% da nota final) é igual à média aritmética das melhores 5 notas obtidas nos 6 minitestes. É exigida uma nota mínima de 6 valores nessa componente distribuída para poder realizar qualquer dos exames. Os trabalhadores estudantes estão dispensados da componente distribuída sendo a sua nota final igual à nota obtida no exame. Os estudantes que já tenham obtido uma nota da componente distribuída em ocorrências anteriores da unidade curricular, poderão optar por serem avaliados novamente e, nesse caso, a nota da componente distribuída será a mais elevada entre a que obtiverem este ano e a que foi obtida anteriormente.
Minitestes
Durante as aulas teórico-práticas são realizados 6 minitestes sem datas marcadas, com consulta e uso de computador. A maior parte dos minitestes têm a duração de 25 minutos e são constituídos por 8 perguntas de escolha múltipla ou um único problema, semelhantes às perguntas e problemas resolvidos na aula anterior. Um dos minitestes consiste na entrega de um breve relatório (em grupos de 2) da experiẽncia proposta para a respetiva aula. Diferentes turmas podem ser avaliadas em diferentes semanas e usando formatos diferentes (escolha múltipla, problema ou relatório); os estudantes devem estar preparados para serem avaliados em qualquer aula teórico-prática. Nas notas dos minitestes e no cálculo da componente distribuída da avaliação é usada uma casa decimal.
Faltas aos testes
As faltas não justificadas nas aulas em que é realizado um teste implicam uma nota de 0 nesse teste. Não se permite realizar testes em outras turmas em que o estudante não está inscrito. Como na média dos testes são usadas as 5 melhores notas dos 6 testes, uma única falta aos testes não prejudica a componente distribuída da avaliação. As faltas devidamente justificadas, dentro do prazo legal, dão direito à realização de algum teste em falta em outra das aulas seguintes a combinar com o docente da turma.
Fórmula de cálculo da classificação final
Sendo D a nota obtida na componente distribuída e E a nota do exame, a nota final calcula-se com a fórmula seguinte:
Máximo ( E; 0.4*D + 0.6*E )
Assim, se a componente distribuída for mais elevada que a nota do exame, a componente distribuída terá um peso de 40% e o exame 60%. Mas se a nota do exame for mais elevada, a componente distribuída será ignorada e a nota final será igual à nota do exame.
No exame final não é exigida qualquer nota mínima e as notas são arredondadas a uma casa decimal. A nota final é arredondada para um inteiro (9.5 arredonda-se para 10, mas 9.4999 arredonda-se para 9).
Provas e trabalhos especiais
Nenhuma.
Avaliação especial (TE, DA, ...)
Aos estudantes dispensados de frequentar e obter a nota mínima na componente distribuída não lhes é exigida nenhuma prova ou trabalho adicional antes do exame. A nota final é igual à nota obtida no exame final, arredondada para um inteiro.
Melhoria de classificação
Como está estipulado no artigo 10º do regulamento de avaliação, os estudantes podem efetuar melhoria de classificação de exame realizado, uma única vez, na época normal ou época de recurso imediatamente subsequente àquela em que obtiveram aprovação e em que a unidade curricular tenha exame previsto. Se esse exame imediatamente subsequente for na ocorrência seguinte da unidade curricular, não será necessário frequentar novamente.
Os estudantes que ainda não aprovaram a unidade curricular mas que já têm nota da componente distribuída obtida em ocorrências anteriores, podem tentar melhorar essa nota frequentando novamente a unidade curricular e realizando os testes.
Observações
Aconselha-se, para conveniente acompanhamento da matéria, um tempo de trabalho fora das aulas de, no mínimo, 3 horas por semana. Espera-se que todos os estudantes inscritos, independentemente de estar ou não a frequentar as aulas, preparem previamente em casa o capítulo que será abordado em cada aula teórico-prática. Aconselha-se também a consulta regular dos anúncios e mensagens de fóruns publicados no servidor de e-learning.