Eletricidade e Eletromagnetismo

Código:

EBE0166

Sigla:

ELEL

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências de Base

Ocorrência: 2019/2020 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Física
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Bioengenharia

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIB	79	Plano de estudos oficial	2	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

A unidade curricular Electricidade e Electromagnetismo visa dotar os estudantes do Mestrado Integrado em Bioengenharia com conhecimento operacional (cf. Resultados da aprendizagem e competências) em Circuitos eléctricos e Electromagnetismo que são áreas do conhecimento absolutamente fundamentais para a engenharia contemporânea. Em particular, as leis físicas abordadas explicam e/ou permitem actuar sobre processos fisiológicos e sinais biológicos e são utilizadas em sensores e instrumentação de cadeias de produção, assim como em dispositivos de diagnóstico biológico e médico.

A unidade curricular integra-se essencialmente nos descritores “1. Conhecimento e Raciocínio Científico-Técnicos” e “2. Aptidões pessoais e profissionais” do sistema de qualidade CDIO (Conceiving - Designing - Implementing - Operating). Nomeadamente: a) “1.1. Conhecimentos de ciências fundamentais”; “1.2. Conhecimentos nucleares de Engenharia (Ciências de Engenharia)”; c) “2.1. Pensamento e resolução de problemas de Engenharia”; d) “2.2. Experimentação e descoberta do conhecimento”. É também trabalhado parcialmente o descritor “3.1. Trabalho em grupo” de “3. Aptidões interpessoais”.

Ao nível do sistema de qualidade EUR-ACE a unidade curricular integra-se essencialmente no descritor “Conhecimento e compreensão” e, em menor escala, nos descritores “Análise de Engenharia” e “Comunicação e Trabalho em Equipa”.

Resultados de aprendizagem e competências

A um nível macro espera-se com esta unidade curricular:

a) desenvolver intuição física sobre situações de carácter electromagnético observadas na natureza e utilizados em dispositivos, identificando as leis físicas que os regem;
b) modelizar essas situações, fazendo uso de aproximações, usando ferramentas analíticas e numéricas, com sentido crítico.
c) medir no laboratório grandezas electromagnéticas, numa variedade de situações, com sentido crítico, comparando com previsões dos modelos.

 

Concretamente no final do curso espera-se que os estudantes:

a) Descrevam as grandezas, os conceitos e leis físicas que regem os Circuito eléctricos e o Electromagnetismo, com rigor matemático, fazendo uso correcto do vocabulário científico e identificado domínios de validade.
b) Identifiquem várias componentes dos circuitos eléctricos (fontes, baterias, resistências, condensadores, indutores), analisem e modelem circuitos em que estes estão presentes, em regime contínuo, transitório e forçado sinusoidal, avaliando a razoabilidade dos resultados obtidos.
c) Construam circuitos e meçam grandezas electromagnéticas (corrente, tensão, resistência, capacidade, intensidades de campo magnético e eléctrico) em laboratório, fazendo uso de multímetros, osciloscópios e outros sensores, estimando erros associados às medições, sendo críticos em relação aos resultados obtidos e respeitado regras de segurança laboratorial.
d) Calculem os campos eléctrico e magnético criados por distribuições de carga e de corrente em situações estáticas ou quase-estáticas, usando ferramentas analíticas e numéricas, identificando as simetrias presentes. Apliquem esses modelos a situações reais.
e) Argumentem que o campo electromagnético é uma única entidade regida pelas leis da electrodinâmica, identificando situações onde a indução electromagnética está presente, modelizando analítica e numericamente situações simples de relevância geral. Expliquem as ondas electromagnéticas como um fenómeno electrodinâmico, calculando algumas propriedades simples.
f) Analisem em situações electromagnéticas a energia em jogo, calculando a energia armazenada em campos, cargas ou correntes.
g) Modelizem em situações simples o campo electromagnético em materiais dieléctricos e magnéticos, identificando cargas de polarização e correntes de magnetização. Descrevam fenómenos electromagnéticos na matéria (e.g. a condução eléctrica em semicondutores, o efeito piezoeléctrico ou o diamagnetismo).
i) Trabalhem em grupo, organizando e repartindo tarefas, executando e justificando os passos seguidos na sua tarefa, ouvindo criticamente as justificações dos outros membros do grupo em relação às suas tarefas.
j) Assumam um postura de trabalho respeitando valores éticos, desenvolvendo um estudo continuado ao longo do semestre, verificando as aprendizagens através das ferramentas de auto-avaliação e do feedback do docente e colegas de estudo.

Modo de trabalho

Presencial

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

A disciplina pressupõe o domínio pelos estudantes das matérias leccionadas em Fundamentos de Física e Matemática II.

Pontualmente serão utilizados conhecimentos de Matemática III.

Programa

1. A carga, a corrente  e a tensão eléctricas.


2. Circuitos de corrente contínua: aproximações, leis de Kirchoff, componentes de circuitos (resistências, condesadores e indutâncias), potência, medição de grandezas eléctricas, circuitos equivalentes de Thevenin e de Norton, segurança eléctrica.


3. Resposta transitória de circuitos RC e RL, oscilações em circuitos LC e RLC.


4. Circuitos de corrente alternada: fasores, impedância e admitância, circuitos equivalentes de Thévenin e Norton, potências instantânea, média e aparente e factor de potência, medição de grandezas eléctricas sinusoidais.


5. Electrostática: força entre cargas, campo electrostático, potencial electrostático, equações de Maxwell da electrostática, energia electrostática, electrostática dos condutores:


6. Magnetostática: força entre correntes, campo magnético, binário magnético, equações de Maxwell da magnetostática


7. Electrodinâmica: transformações de Lorentz, indução electromagnética, energia magnética, coeficientes de auto-indução e indutância mútua, equações de Maxwell.


8. Electromagnetismo na matéria.


9. Ondas electromagnéticas.

Bibliografia Obrigatória

Umran S. Inan, Aziz S. Inan; Engineering electromagnetics. ISBN: 0-8053-4423-3
Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku; Fundamentals of electric circuits. ISBN: 0-07-115126-5

Bibliografia Complementar

H. Moysés Nussenzveig; Curso de física básica. ISBN: 85-212-0134-6 (vol. 3)
D. T. Edmonds; Electricity and magnetism in biological systems. ISBN: 978-0-19-850679-9
David J. Griffiths, Reed College; Introduction to electrodynamics. ISBN: 0-13-805326-X (Nível mais avançado.)
John D. Kraus, Daniel A. Fleisch; Electromagnetics with applications. ISBN: 0-07-116429-4
Daniel Fleisch; A student.s guide to Maxwell.s Equations. ISBN: 978-0-521-70147-1
James W. Nilsson, Susan A. Riedel; Electric circuits. ISBN: 0-13-032120-6
David K. Cheng; Field and wave electromagnetics. ISBN: 0-201-12819-5
Matthew N. O. Sadiku; Elements of electromagnetics. ISBN: 0-19-513477-X
Alfredo Barbosa Henriques, Jorge Crispim Romão; Electromagnetismo. ISBN: 972-8469-45-4

Observações Bibliográficas

O estudante deve apenas utilizar uma referência bibliográfica para electromagnetismo e outra para circuitos.  São apresentadas várias referências com nível semelhante permitindo a sua requisição na biblioteca.

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teórico-práticas: exposição de conceitos pelo docente, sua ilustração com exemplos de aplicação pelo docente. 

Aulas práticas-laboratoriais: ilustração experimental dos conceitos da unidade curricular.

Sítio Moodle: disponibilização das apresentações power-point da aulas, recursos multimédia, folhas de exercícios, testes de auto-avaliação, informações gerais sobre a disciplina, resultados da avaliação.

Atendimento aos alunos: acompanhamento personalizado esclarecendo dúvidas sobre a teoria e aplicações.

Software

spyder

Palavras Chave

Ciências Físicas > Física > Electromagnetismo

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	50,00
Teste	50,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	106,00
Frequência das aulas	56,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Os estudantes previamente inscritos à u.c. obtêm frequência quando:

- Obtenham a classificação de 10 (dez) valores na componente distribuída (AD).

- A nota do laboratório transita do ano anterior se superior a 10 valores.

Os estudantes com a primeira inscrição na u.c. obtêm frequência quando:

- Não ultrapassem as seis faltas às aulas teórico-práticas/práticas;

- Obtenham a classificação de pelo menos 10 valores na componente distribuída (AD).

A avaliação distribuída AD consistirá em:

- teste intercalar;

- dois laboratórios em datas predefinidas.

Para o cálculo da nota AD final é tomada a média dos itens anteriores.

Os estudantes sem frequência não se poderão apresentar a qualquer exame, incluindo exame de recurso.

Fórmula de cálculo da classificação final

Se EF >= 8 então CF = 0.5 * AD + 0.5 * EF + B

Se EF < 8 então CF = EF

onde CF é a classificação final da avaliação (de 0 a 20 valores), AD a classificação da avaliação distribuída (de 0 e 20 valores), EF a classificação do exame final (de 0 e 20 valores), B bónus opcional (0 a 2 valores).

Provas e trabalhos especiais

O bónus opcional pode ser obtido por participação activa individual.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Os alunos que durante o ano lectivo corrente têm estatuto de trabalhador estudante ou militar estão dispensados da frequência e obrigatoriedade da componente distribuída da avaliação. Os alunos nas condições anteriores que optem por não se submeter à avaliação distribuída de ano lectivo corrente ou não queiram usar a nota de frequência do ano lectivo anterior estão admitidos a exame final sendo a classificação final a nota do exame final. Neste caso o exame final poderá ter uma componente laboratorial.

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

Caso existam estudantes inscritos que não falem Português, as aulas continuarão a realizar-se em Português. Será definido um acompanhamento tutorial para cada estudante. Os momentos de avaliação individuais de teste intermédio, teste final, laboratório e exame de recurso serão substituídos por provas orais. A componente laboratorial em grupo mantém-se.

Melhoria de classificação

Através de exame de Recurso, a classificação final será calculada do seguinte modo: CF = MAX (CFN, 0.5 * AD + 0.5 * R + B, R + B) onde CFN é a classificação final na época normal (de 0 a 20 valores), AD a classificação dos minitestes/laboratório (de 0 e 20 valores), R a classificação no exame de recurso (de 0 a 20 valores) e B o bónus opcional. O exame de recurso poderá ter uma componente laboratorial.

Observações

Horário de atendimento: às 4as 8h00-9h30, gabinete I113, ou em outro dia e hora a combinar com o professor

Os alunos devem dedicar ao estudo da disciplina entre 4 a 6 horas semanais, além da normal frequência às aulas teórico-práticas e práticas. Alunos que tenham falta justificada na secretaria a quando de uma componente da avaliação distribuída poderão realizar um teste extra.

Qualquer (tentativa de) fraude durante o processo de avaliação distribuída leva à perda de frequência e não admissão ao exame final ou exame de recurso.