AULA 2
Notação
A
Vector
^
Versor
~
e
~
A. B
Produto interno
~
Produto externo
Tensor
B
Nabla


~
A B
~
~
 
~
Gradiente de um campo escalar
Divergência de um campo vectorial
u
.A
~
Rotacional de um campo vectorial
 A
~
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 Leis do electromagnetismo regidas pelas equações de Maxwell.
 Eqs. Maxwell baseadas em trabalhos de Faraday, Gauss, Ampére, etc. (sec. XIX).
 Força de Lorentz:

F  q E  v B
~
Campos vectoriais
~
~
~

E (campo eléctrico) e B (indução magnética) grandezas fundamentais
~
~
de campo electromagnético. Podem ser determinadas por experimentação.
 Campos vectoriais auxiliares: deslocamento eléctrico D , campo magnetico H
~
~
 Em espaço livre:
H 
~
1
o
B
~
D  o E
~
~
 Permeabilidade magnética o  4 107 H m1, permitividade
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 o  1/ 3 109 F m1
 Lei de Faraday
A circulação de
E
ao longo do contorno fechado Гf = - variação temporal do fluxo da
~
indução magnetica através de A.
^
n

~
f
f
E . dl  
~
~

t

A
B . ds
^
dl  dl t
A
~
^
t
~
dS  dS
~
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^
n
~
~
~
 Teorema de Stokes (cálculo vectorial)
Circulação (integral de linha) de um campo vectorial U ao longo de uma linha fechada
~
Гf = fluxo do rotacional de
U
através de A.
~

f
U . dl 
~
~

A
  U . ds
~
~
  E  

~
~
B
~
t
 Teorema de Helmholtz (cálculo vectorial)
Um campo vectorial fica completamente definido quando forem conhecidos   U e
 . U em todos os pontos do espaço.
~
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~
 Lei de Gauss
O fluxo total de D que sai dum volume V limitado por Sf é igual à carga eléctrica total
~
contida nesse volume.
 D . ds
Sf
~
~

q
V
dv
• Teorema da divergência (cálculo vectorial)
. d S  V  .U d v
Sf U
~
~
~
~

. D  
~
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 Campo magnético
A fonte que cria a circulação (ou rotacional) do campo magnético é
J
~
•
Lei de Ampere

f
H . dl 
~
~

A
J . ds
 Grande contribuição de Maxwell: adicionar o termo
•
~
D
~
t
Eqs. compatíveis com o principio da conservação da carga e permitiu prever a
propagação de ondas electromagnéticas (~20 anos antes de Hertz ter verificado as
previsões teóricas).
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 Termo
D
~
t

f
H . dl 
~
~
D

. ds 
~
A
t
~

S
J . ds
~
 Teorema de Stokes do cálculo vectorial

 H  J 
~
~
 Divergência de H
D
~
t
~
Não foram encontrados até agora cargas magnéticas


Sf
B . ds  0
~
~
 Teorema da divergência

.B  0
~
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~
 Termo
D
~
t
J traduz um fluxo de cargas eléctricas livres.
~
Como a carga se conserva


Sf
J . ds  
~
~

t

dV
 Teorema da divergência

 . J 
~

 0
t
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Eq. da continuidade
I
~
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 Eqs. de Maxwell
  H  J 
~
~
~
~
t
~
  E  
 . D 
D
B
~
t

 . B  o
~
Sabendo  e
J
tem-se 12 incógnitas e 8 eqs.
~
Eqs. adicionais resultam das relações entre campos impostas pelas características do meio,
relações Constitutivas.
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Relações constitutivas
•
A resposta do meio a um estímulo electromagnético depende das suas
características.
Propriedades dos meios
•
•
•
•
•
•
•
Homogéneos
Lineares
Isótropos
Anisotropos
Temporalmente dispersivos
Espacialmente dispersivos
Meios simples: com comportamento linear, isótropos e sem dispersão
espacial.
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Comportamento dieléctrico e magnético
Regimes estacionários
Resposta do meio a um campo electromagnético estático e uniforme é descrita em termos
de momentos dipolares induzidos eléctricos e magnéticos.
Comportamento dieléctrico
Campo eléctrico cria momento dipolar eléctrico.
D  0 E P
~
~
~
P
~
Efeitos da polarização equivalentes aos produzidos por
- vector polarização eléctrica
 p  .P
Comportamento magnético
O comportamento magnético dos materiais é complexo.
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~
Materiais não ferromagnéticos: Quando se aplica
B
são induzidas pequenas correntes
~
microscópicas que se opõem nos seus efeitos magnéticos às variações do campo aplicado.
Comportamento diamagnético, momentos magnéticos em oposição ao campo magnético.
Comportamento paramagnético, há a possibilidade de alinhar os momentos magnéticos
atómicos individuais e o campo magnético intensifica-se.
Materiais ferromagnéticos: os momentos magnéticos induzidos são muito mais intensos
do que nos materiais
com comportamento magnético ordinário.
Magnetização
Correntes microscópicas induzidas (Amperianas). magnetização M - momento dipolar
~
magnético por unidade de volume.
A densidade de corrente associada às correntes microscópicas é dada por
tem-se
B  0 ( H  M )
~
~
~
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x M
~
e
Descrição dos comportamentos dieléctrico e magnético
Em termos de momentos dipolares induzidos só é rigorosamente válida no caso dos campos
estáticos uniformes (separação completa de efeitos eléctricos e magnéticos).
Regimes variáveis no tempo
Meios isotrópicos simples sem dispersão espacial  relações entre D (t ) e
~
H (t )
~
descritas cada uma por uma convolução temporal.
~
D (t ) 
~
  t  t´ E (t ' ) dt´   (t ) *
~
E (t ) e entre B(t ) e
~
E (t )
~
B (t )   (t ) * H (t )
~
~
J (t )   (t ) * E (t )
~
~
No domínio da frequência significa um relacionamento multiplicativo entre as transformadas de
Fourier de D (t ) e E (t ) e de B (t ) e H (t ) .
~
~
~
~
D ( )   ( ) . E ( )
~
~
B ( )   ( ) . H ( )
~
~
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Equações de Maxwell em Meios Materiais
Num meio dieléctrico simples, para além da carga livre 
existe também carga de polarização p, que tem origem nos
dipolos eléctricos induzidos provocados pelo campo eléctrico
 . E
  p
o
~
aplicado (separação de cargas negativas e positivas).
Recorrendo ao vector de polarização
constituído pela
densidade volúmica do momento dos dipolos eléctricos
induzidos no meio.
A introdução de
p    . P
~
D
tem a vantagem de invocar apenas a
~
densidade de carga livre.
.D 
~
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Leide Gauss
1
 B  J
~
~
o
  M

~
P
~
t
 o
E
~
t
Corrente livre
Corrente Amperiana
Corrente de polarização
Corrente deslocamento de vácuo
• O rotacional da indução magnética (circulação ao longo de qualquer caminho fechado) é
determinado pela densidade de corrente total.
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H  J
~
~
D
~
t
D 
~
A introdução dos campos
D e H facilita a escrita das equações de Maxwell mas torna-se
~
~
necessário arranjar um modelo para descrever os meios.
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Sistema de Unidades
•
Sistema MKSA [Metro Kilograma Segundo Ampere]
•
Metro, referenciado ao segundo e à velocidade da luz no vácuo
•
Quilograma, massa de uma barra padrão feita de uma liga de Platina/Irídio (Sévres, Paris)
•
Segundo, 9.192.631.770 períodos da radiação electromagnética emitida numa transição de
um átomo de Césio
•
Ampére,
corrente constante que, percorrendo dois condutores (comprimento infinito
afastados de 1m no vácuo), produziria entre os condutores uma força de 2 x 10 Newton por
cada metro de condutor.
•
Sistema MKSA racionalizado
o  4 107 Hm1
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Campo magnético