Física II

Código:

EQ0075

Sigla:

F II

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências Físicas (Física)

Ocorrência: 2020/2021 - 2S

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	76	Plano de estudos oficial	2	-	6	49	162

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

ELECTROSTÁTICA: Estrutura atómica da matéria. A Carga Eléctrica. Isoladores e condutores (sólidos,líquidos e gases). Electrização por fricção, indução e condução. Electricidade Estática e Indústria Química (Referência à electrização por escoamento de fluidos de baixa e alta conductividades eléctricas e ao respectivo tempo de relaxação estático). Força eléctrica de Coulomb. Campo eléctrico. Linhas de campo. Electrocinética. Distribuições Contínuas de Carga. Lei de Gauss. Potencial eléctrico. Energia electrostática. Electrostática de Condutores. 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 e isoladores eléctricos. Os portadores de carga (sólidos, líquidos e gases). 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.

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.

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
Moore Thomas A.; Six ideas that shaped physics. ISBN: 0-07-043049-7

Observações Bibliográficas

- L. M. Martelo, “Física II - Electromagnetismo e Circuitos Eléctricos”, 2014.

- L. M. Martelo, “Física II - Propriedades da Luz e Óptica Geométrica”, 2014.

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 (PL): 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	30,00
Exame	70,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

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

Obtenção de frequência

- Obtém frequência, i.e., admissão aos exames finais (1ª chamada e recurso) , todo o aluno regularmente inscrito que:

1. Não ultrapasse o máximo permitido de faltas segundo o regulamento da FEUP.

2. Obtenha a classificação mínima de 6 (seis) valores na componente da avaliação distribuída.

- A avaliação distribuída consistirá em 2 testes (T1 e T2) em datas pré-definidas a serem anunciadas atempadamente no início do semestre. Os minitestes possuem uma duração máxima de 1 hora.

- Os alunos que obtiveram frequência no ano de 2019/2020 estão dispensados da frequência das aulas, cuja nota se mantém. Contudo, estes alunos poderão optar por se submeterem novamente à componente distribuída de avaliação, sendo anulada a classificação anterior. Esta opção é irreversível.

Fórmula de cálculo da classificação final

AD - Avaliação Distribuida (0-20 valores) = média dos 2 Testes

EF - Exame Final (0-20 valores)

CF - Classificação Final (0-20 valores)

Se AD >= 6 valores (em 20) então o estudante tem admissão aos exame finais.

A AD tem um peso de 30% para a CF e o EF tem um peso de 70% para a CF.

CF = MAX(0.3*AD+0.7*EF, EF)

Provas e trabalhos especiais

n.a.

Trabalho de estágio/projeto

n.a.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

- Os estudantes que possuem estatuto especial (TE, DA,...) estão dispensados da frequência e obrigatoriedade da componente distribuída da avaliação, sendo a sua classificação final a classificação obtida no exame final. Contudo, estes estudantes podem optar por se submeterem à avaliação distribuída, passando a estar sujeitos às regras gerais da unidade curricular. Esta opção é irreversível.

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, 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 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.