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Física II

Código: EQ0075     Sigla: F II

Áreas Científicas
Classificação Área Científica
OFICIAL Ciências Físicas (Física)

Ocorrência: 2019/2020 - 2S Ícone do Moodle

Ativa? Sim
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

Docência - Responsabilidades

Docente Responsabilidade
Francisco José Baptista Salzedas Regente

Docência - Horas

Teórico-Práticas: 2,50
Práticas Laboratoriais: 1,00
Tipo Docente Turmas Horas
Teórico-Práticas Totais 1 2,50
Francisco José Baptista Salzedas 2,50
Práticas Laboratoriais Totais 3 3,00
Francisco José Baptista Salzedas 3,00
Mais informaçõesA ficha foi alterada no dia 2020-02-10.

Campos alterados: Fórmula de cálculo da classificação final, Fórmula de cálculo da classificação final

Língua de trabalho

Português

Objetivos

São objectivos desta unidade curricular que os estudantes:

- adquiram conhecimentos fundamentais de Electromagnetismo, Circuitos Eléctricos e de Óptica Geométrica;

- desenvolvam o raciocínio na resolução autónoma e crítica de problemas;

- adquiram 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.

- adquiram uma disciplina de trabalho continuado;

- 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 electromagnéticos e os da óptica geométrica;

- usar vocabulário técnico apropriado para explicar os diferentes conceitos e fenómenos abordados;

- descrever o electromagnetismo como uma teoria unificadora dos vários fenómenos electromagnéticos e ópticos observados na natureza e utilizados nas tecnologias;

- 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), as propriedades essenciais da luz (propagação, reflexão, refracção) e 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, geradores e transformadores eléctricos), de circuitos eléctricos de corrente contínua e alternada e de óptica geométrica (espelhos, lentes, 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);

- demonstrar uma atitude critica perante os resultados finais obtidos.

Modo de trabalho

Presencial

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

- conhecimentos de mecânica newtoniana (leis de Newton, descrição das forças e dos movimentos que produzem).

- conhecimentos de cálculo vectorial (soma, produtos interno e externo).

- cálculo elementar (derivação e integração de funções simples).

- resolução de equações diferenciais simples.

Programa

- Eletromagnetismo

Eletrostática

Estrutura atómica da matéria. Carga elétrica e suas propriedades. Eletrização. Força elétrica entre duas cargas pontuais, lei de Coulomb. Princípio da Sobreposição. Distribuições contínuas de carga. Campo elétrico. Linhas de campo. Lei de Gauss para o campo elétrico. Energia potencial elétrica. Potencial elétrico. Superfícies e Linhas Equipotenciais. Relação entre o campo eléctrico e o potencial eléctrico. Movimento de cargas pontuais em campos elétricos. Eletrostática de condutores. A blindagem eletrostática interior e a Gaiola de Faraday. Efeito de pontas e pára-raios.

Capacidade elétrica. Capacidade elétrica de um  condensador plano no vácuo. Energia eletrostática armazenada num condensador. Dipolo eléctrico. Materiais isoladores dielétricos. Cargas livres e cargas de polarização. Suscetibilidade elétrica e permitividade elétrica relativa. Rutura dielétrica. Condensadores com dielétricos. Ultra-condensadores. Condições fronteira em dieléctricos.


Condutores e isoladores elétricos. Portadores de carga. Corrente elétrica. Condução elétrica em metais. Modelo de Drude, velocidade de deriva, condutividade e resistividade elétricas, lei de Ohm não-local e local. Resistência elétrica de um conductor cilíndrico. Dependência da resistividade elétrica com a temperatura.


Magnetostática

Correntes elétricas estacionárias como fontes do campo magnetostático. Propriedades do campo magnético. Lei de Biot-Savart. Lei de Ampère e lei de Gauss para o campo magnético. Linhas do campo magnético. Força magnética sobre uma carga elétrica. Movimento de cargas elétricas pontuais em campos magnéticos. O Espetrómetro de Massa. O efeito de Hall. Força magnética sobre um fio percorrido por uma corrente elétrica. Momento magnético de uma espira. Forças magnéticas e binário magnético numa espira rectangular. Motores elétricos de corrente contínua. O dipolo magnético. Materiais diamagnéticos, paramagnéticos e ferromagnéticos. Permeabilidade magnética relativa. Bobinas com núcleo ferromagnético. Ciclo de histerese.

Lei da indução eletromagnética de Faraday. Fluxo magnético, força eletromotriz induzida, corrente elétrica induzida. Lei de Lenz. Coeficiente de auto-indução e energia magnética. Geradores de corrente elétrica alternada. Correntes de Foulcault.

A corrente de deslocamento de Maxwell e a lei de Ampère-Maxwell. Campo eletromagnético. Construção e interpretação física das equações de Maxwell na sua forma integral. Ondas eletromagnéticas. A velocidade da luz no vácuo. O espetro eletromagnético. Antenas emissoras e receptoras de ondas de rádio.

- Circuitos elétricos

Circuitos elétricos de corrente contínua: Força eletromotriz. Fontes de tensão ideais e reais. Resistência interna duma fonte de tensão. Efeito de Joule. Energia e potências dissipadas. Transferência de potência entre uma fonte de tensão real e uma resistência. Associações em série e em paralelo, de resistências e condensadores. Divisores de corrente e tensão usando resistências e condensadores. Leis de Kirchhoff. Circuitos RC. Redistribuição de carga eletrostática e indústria química. Eletrização por escoamento de fluidos de baixa e alta condutividades elétricas e respetivo tempo de relaxação estático. Métodos de resolução de circuitos com fontes, resistências e condensadores.

Circuitos elétricos de corrente alternada. Transformador. Valor médio e valor RMS (eficaz) de uma função sinusoidal. Resistências, indutores e condensadores em corrente alternada. Reatâncias indutiva e capacitiva. Circuitos LC e RLC série (sem e com fonte). Impedância eléctrica. Frequência natural e frequência de ressonância. Potências e energias em corrente alternada. Curva de potência, largura de banda e fator de qualidade.


- Elementos de ótica geométrica

Propriedades da luz. Luz numa interface. Reflexão da luz. Refração da luz. Princípio do tempo mínimo de Fermat. Reflexão interna total. Fibras ópticas. Dispersão da luz. O arco-íris.


Introdução à ótica geométrica. Espelhos planos. Espelhos esféricos côncavos e convexos. Espelhos elíticos e parabólicos. Combinações de espelhos. Lentes finas, lentes convergentes e divergentes. Potência de uma lente. Combinação de lentes.

Bibliografia Obrigatória

Paul A. Tipler; Física para cientistas e engenheiros. ISBN: 85-216-1215-X (vol.2) (Existem vários exemplares na biblioteca da FEUP.)

Bibliografia Complementar

Young and Freedman; Física IV: Ótica e Física Moderna, Pearson Education do Brasil, 2008. ISBN: 978-85-88639-35-5
Young and Freedman; Física III: Eletromagnetismo, Pearson Education do Brasil, 2008. ISBN: 978-85-88639-34-8
Alonso Marcelo; Física. ISBN: 978-972-592-296-5
Moore Thomas A.; Six ideas that shaped physics. ISBN: 0-07-043049-7

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

- Aulas teorico-práticas (TP): exposição dos vários conceitos, apresentação de exemplos de aplicação, resolução de exercícios ilustrativos e realização de algumas demonstrações experimentais mais pertinentes.

- Aulas práticas (P): resolução de exercícios supervisionadas pelo docente.

Palavras Chave

Ciências Físicas > Física > Electromagnetismo
Ciências Físicas > Física > Óptica

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

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

Componentes de Ocupação

Designação Tempo (Horas)
Estudo autónomo 113,00
Frequência das aulas 49,00
Total: 162,00

Obtenção de frequência

- Regime de faltas segundo o regulamento da UP.

- A avaliação distribuída (AD) consistirá em 3 testes (T1, T2 e T3) em datas pré-definidas a ser anunciadas atempadamente no início do semestre.

- O 3º teste (T3) decorrerá na primeira semana da época normal de exames. Os testes possuem uma duração máxima de 1 hora e 30 min.

- A aprovação na disciplina pode ser alcançada por testes ou exame final de recurso. Caso um estudante não obtenha aprovação à disciplina por testes, pode ainda realizar o exame da época de recurso.

Fórmula de cálculo da classificação final

- A classificação da unidade curricular corresponde, à classificação AD média (T1+T2+T3)/3 ou à classificação do exame de recurso, cotado para 20 valores.

- Caso um estudante falte a um dos testes, a classificação atribuída a esse teste para o cálculo da classificação final, é zero.

- A classificação final do exame de recurso (CFE) será:
Se E >= 8,0  CFE = MAX(E; E*0,55+2mAD*0,45)
Se E < 8,0    CFE = E

onde,
E - classificação de exame de recurso (0-20 valores)
2mAD - a média das duas melhores classificações nos testes de AD (0-20 valores)

Provas e trabalhos especiais

n.a.

Trabalho de estágio/projeto

n.a.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

- Os alunos que durante o atual ano letivo estão ao abrigo de estatuto especial (TE) estão dispensados de frequência. Tal como já referido, poderão obter aprovação por testes ou por exame final.

Melhoria de classificação

Exame final cotado para 20 valores (época de recurso).

Observações

- Os estudantes devem dedicar ao estudo da unidade curricular cerca de 6 horas semanais, além da frequência habitual às aulas.

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

- O atendimento semanal aos estudantes é realizado mediante combinação direta entre os estudantes interessados e os docentes.

_________________________________________________

Novo modo de funcionamento e procedimento de avaliação

Na sequência das medidas de quarentena em vigor, a informação a seguir disponibilizada poderá ser atualizada sempre que as circunstâncias o exijam.

A classificação final será obtida pelo:

valor máximo de (Exame; Exame*0.85+MT*0.15),

onde:

Exame é a classificação (0 a 20) obtida em qualquer dos exames realizados de forma presencial (época: normal ou recurso)

e

MT é a classificação (0 a 20) obtida no mini-teste remoto no Moodle a realizar no dia 22 de maio durante a aula.

Todos os alunos estão admitidos a todas as provas de avaliação.
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