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Electromagnetismo

Código: EEC0012     Sigla: ELEM

Áreas Científicas
Classificação Área Científica
OFICIAL Física

Ocorrência: 2020/2021 - 1S Ícone do Moodle

Ativa? Sim
Página Web: https://sigarra.up.pt/feup/pt/conteudos_adm.list?pct_pag_id=249640&pct_parametros=pv_ocorrencia_id=461242
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 347 Plano de estudos oficial 2 - 7 70 189

Docência - Responsabilidades

Docente Responsabilidade
Francisco José Baptista Salzedas Regente
Carlos Daniel Diogo Matias Pintassilgo Regente
Mais informaçõesA ficha foi alterada no dia 2020-09-17.

Campos alterados: Métodos de ensino e atividades de aprendizagem, Fórmula de cálculo da classificação final, Melhoria de classificação, Componentes de Avaliação e Ocupação, Tipo de avaliação, URL da página, Obtenção de frequência

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

Umran S. Inan, Aziz S. Inan; Engineering electromagnetics. ISBN: 0-8053-4423-3
David J. Griffiths, Reed College; Introduction to electrodynamics. ISBN: 0-13-805326-X

Bibliografia Complementar

H. Moysés Nussenzveig; Curso de física básica. ISBN: 85-212-0134-6 (vol. 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)
Jorge Loureiro; Eletromagnetismo e Ótica, IST PRESS, 2019. ISBN: 978-989-8481-66-5
Jorge Loureiro; Exercícios de Eletromagnetismo e Ótica, IST Press, 2018. ISBN: 978-989-8481-67-2
Alfredo Barbosa Henriques, Jorge Crispim Romão; Electromagnetismo. ISBN: 972-8469-45-4
Cheng David K.; Field and wave electromagnetics. ISBN: 0-201-12819-5

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

As aulas TEORICAS (T) consistem na exposição da matéria a lecionar e na discussão e resolução pelo docente de exemplos de aplicação.

As aulas TEÓRICO-PRÁTICAS (TP) consistem na discussão e na 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.

Palavras Chave

Ciências Físicas > Física > Electromagnetismo

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação Peso (%)
Teste 40,00
Exame 60,00
Total: 100,00

Componentes de Ocupação

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

Obtenção de frequência

► Assiduidade:

- Para estudantes na 1ª inscrição:
Regime de faltas segundo o regulamento da UP

- Para estudantes com duas ou mais inscrições:
Para estes estudantes não há critério de assiduidade, isto é, não há marcação de faltas

► A componente de avaliação distribuída (AD) consistirá na realização de um teste presencial.

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

Para estudantes com mais do que uma inscrição:

Com frequência no ano anterior:

OU mantêm a classificação de avaliação distribuída, através da média da duas melhores classificações (num total de três) obtida no ano passado. [neste caso, não necessitam de se inscrever numa turma TP)

OU podem, irreversivelmente, optar por se submeter à avaliação distribuída no presente ano letivo (tal como "estudantes de 1ª inscrição"), anulando a classificação de avaliação distribuída anterior.

Sem frequência no ano anterior:

OU

 submetem-se à AD no presente ano lectivo, bastando apresentar-se aos testes

OU comparecem apenas ao exame final, realizando este exame para 20 valores.

 

Independentemente da classificação obtida na avaliação distribuída, todos os estudantes podem comparecer ao exame final.

EXPLICAÇÃO DA AVALIAÇÃO DISTRIBUÍDA:

► A avaliação distribuída consistirá na realização de um teste presencial.

► O teste tem uma duração máxima de 50 minutos, sendo composto por 7 questões de escolha múltipla mais 1 questão de resposta aberta, sobre a matéria lecionada desde o início do semestre até à data a indicar.

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

 

 

 

Fórmula de cálculo da classificação final

Se a classificação no exame (EX) for inferior a 8,0 valores (mínimo para obter aprovação), a classificação final será a do exame. Caso contrário, a classificação final (CF) será dada por:

CF = Máximo (0,4*AD + 0,6*EX ; EX)

onde:

 

CF - Classificação Final (0-20 valores)
EX - Exame Final (0-20 valores)

e

AD – Classificação do teste de Avaliação Distribuída (0-20 valores).

Provas e trabalhos especiais

n.a.

Trabalho de estágio/projeto

n.a.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

- Os estudantes que durante o atual ano letivo estão ao abrigo de estatuto especial (TE) estão dispensados 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).


A classificação final será calculada do seguinte modo:


CF = MAX (CFN, 0,4*AD + 0,6*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 5 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 o estudante interessado e os docente.
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