Electromagnetismo

Código:

EEC0012

Sigla:

ELEM

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Física

Ocorrência: 2015/2016 - 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	287	Plano de estudos oficial	2	-	7	70	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.

Resultados de aprendizagem e competências

No final desta unidade curricular, o estudante deve ser capaz de:

- usar correctamente 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.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

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).

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

Jaime E. Villate; Electromagnetismo. ISBN: 972-773-010-8
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)
Edward M. Purcell,David J. Morin; Electricity and Magnetism, Cambridge University Press, 2013. ISBN: 1107014026, 9781107014022
Richard Fitzpatrick; Classical Electromagnetism, 1997 (Uma versão gratuita deste livro em PDF encontra-se no URL http://farside.ph.utexas.edu/teaching/em/em.html)
João Pulido; Electromagnetismo: uma Introdução, Escolar Editora, 2015. ISBN: 9789725924730

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

As aulas (TEORICO-PRÁTICAS) consistem na exposição da matéria a lecionar e na discussão e resolução pelo docente e/ou pelos estudantes, sob
supervisão do docente, de problemas propostos (retirados do “caderno de exercícios” da unidade curricular) ilustrativos dessa mesma matéria.

Em datas pré-definidas, serão realizados dois testes de avaliação distribuída.

Palavras Chave

Ciências Físicas > Física > Electromagnetismo

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	70,00
Teste	30,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	112,00
Frequência das aulas	77,00
Total:	189,00

Obtenção de frequência

► Para estudantes na 1ª inscrição:

Obtém frequência (admissão a exame final) todo o estudante regularmente inscrito que:

- não ultrapasse o máximo de 10 (dez) faltas às aulas.

- obtenha a classificação mínima de 8 (oito) valores, em 20 valores possíveis, na componente da avaliação distribuída.

► Para estudantes com duas ou mais inscrições:

Com frequência no ano anterior:

OU mantêm a classificação de avaliação distribuída obtida no ano passado
[neste caso, não necessitam de se inscrever numa turma (embora possam assistir às aulas)]

OU podem, irreversivelmente, optar por se submeter à avaliação distribuída no presente ano letivo, anulando a classificação de avaliação distribuída anterior, bastando apresentar-se ao teste.

Sem frequência no ano anterior:

OU submetem-se à avaliação distribuída no presente ano letivo tal como "estudantes de 1ª inscrição"

OU comparecem apenas ao exame de “recurso”, realizando este exame para 20 valores.

► Independentemente da classificação obtida na avaliação distribuída, todos os estudantes podem comparecer ao exame de “recurso”.

 

EXPLICAÇÃO DA AVALIAÇÃO DISTRIBUÍDA:

► A avaliação distribuída consistirá num (1) teste a realizar em data pré-definida.

► O teste, que terá a duração de 2 horas, será realizado simultaneamente por todos os estudantes em sala(s) a indicar oportunamente.

► O teste consiste num questionário, com 20 questões de escolha múltipla, sobre a matéria lecionada desde o início do semestre e até data a indicar.

► O teste será cotados na escala de 0 a 20 valores, sendo essa a classificação a atribuir a cada estudante.

► 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 valores (em 20)

DATA PREVISTA PARA A REALIZAÇÃO DO TESTE:

- TESTE: 26 de outubro de 2015 (segunda-feira)

► No TESTE poderá sair a matéria lecionada até à Folha 8 ("capacidade elétrica, condensadores e dielétricos"), inclusive, do “Caderno de Exercícios”.

 

Fórmula de cálculo da classificação final

Se AD >= 8 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 (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 30% e a classificação obtida no EF com peso de 70% conforme a fórmula abaixo indicada:

Se EF >= 8 então

CF = MAX (EF ; 0,3 * AD + 0,7 * 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.

Trabalho de estágio/projeto

n.a.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Os estudantes que durante o ano letivo em curso 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, devendo para tal inscrever-se numa turma, 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, 0,3*AD + 0,7*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. 

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.

Nos testes de avaliação distribuída e no exame final: 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.