Universidade Do Estado De Santa Catarina
Centro De Ciências Tecnológicas – CCT
Departamento de Fı́sica
Prof. César Manchein
PLANO DE ENSINO
1
Identificação
Curso
Disciplina
Semestre letivo
Aulas teóricas
2
Engenharia Civil
Fı́sica Geral III
2015/2
72 horas-aula
Ano
Sigla
Carga horária total
Aulas práticas
2015
FGE3001 T/CIV122-04U
72 horas-aula
00 hora-aula
Ementa
Força elétrica. Campo elétrico. Lei de Gauss. Potencial elétrico. Capacitores e dielétricos. Corrente
elétrica e resistência. Força eletromotriz. Circuitos de corrente contı́nua. Campo magnético. Lei de
Ampère. Lei de Faraday. Indutância. Circuitos de corrente alternada. Equações de Maxwell.
3
Objetivo Geral
Desenvolver os conceitos e o formalismo básico do Eletromagnetismo Clássico. Utilizar a álgebra
vetorial e cálculo diferencial em aplicações de interesse didático e prático.
4
Objetivos Especı́ficos
ˆ Estudar a interação entre partı́culas carregadas, através do estabelecimento da lei de Coulomb.
Definir e campo elétrico. Descrever matematicamente o campo elétrico a partir da lei de Coulomb.
Estudar o movimento de cargas elétricas, sob ação de campos elétricos. Calcular o campo elétrico
produzido por distribuições discretas e contı́nuas de carga. Formular a lei de Gauss. Utilizar a lei
de Gauss para calcular o campo elétrico produzido por distribuições de carga com simetrias esférica
e cilı́ndrica.
ˆ Estabelecer a definição de potencial elétrico, de diferença de potencial elétrico e de energia potencial
elétrica de um sistema de cargas elétricas. Calcular o potencial elétrico produzido por distribuições
discretas e contı́nuas de carga. Relacionar campo elétrico e potencial elétrico, através do operador
gradiente. Definir capacidade elétrica ou capacitância. Calcular a capacitância de condutores e
capacitores. Verificar a influência na capacitância, do preenchimento da região entre as placas de
um capacitor com dielétricos.
ˆ Definir corrente elétrica e resistência elétrica. Definir densidade de corrente elétrica e resistividade
elétrica. Estabelecer as leis de Ohm e de Joule. Estabelecer as leis de Kirchhoff. Aplicar as leis de
kirchhoff para a solução de circuitos elétricos simples, envolvendo resistores e capacitores.
ˆ Definir campo magnético.
Estudar o movimento de cargas elétricas e condutores elétricos, sob a
ação de campos magnéticos. Estabelecer as leis de Ampère e de Biot-Savart, bem como aplicá-las
para o cálculo de campos magnéticos produzidos por distribuições de corrente elétrica. Estabelecer
a lei de Faraday. Definir indutância. Calcular indutância. Resolver os circuitos RL, LC, RLC e RLC
forçado. Estabelecer as equações de Maxwell.
5
Calendário de Provas e do Exame
Unidade
I
II
III
IV
EXAME
1
Conforme
6
Conteúdo Programático1 Carga Horária Data da Prova Dia da Semana
Capı́tulos 23, 24 e 25
20 horas-aula 28/08/2015
sex
Capı́tulos 26, 27, 28 e 29 20 horas-aula 02/10/2015
sex
Capı́tulos 30, 31 e 32
17 horas-aula 06/11/2015
sex
Capı́tulos 33, 35, 36 e 37 15 horas-aula 04/12/2015
sex
Todos os capı́tulos
—
11/12/2015
sex
o livro texto adotado na disciplina, referência bibliográfica [1].
Sistema de Aulas
Sendo um curso teórico, a metodologia utilizada será a da aula expositiva e, eventualmente, a da
demonstração prática feita através de experimentos ilustrativos realizados pelo professor em sala de aula.
Durante as aulas, o alunos terão total liberdade para fazer perguntas e levantar questões pertinentes
aos conteúdos programáticos, ou correlatos, a serem abordados em cada aula, conforme o cronograma de
atividades em anexo.
A presença pontual e participação do aluno às aulas e horários de atendimento extra-classe é de
fundamental importância para o cumprimento dos objetivos da disciplina.
7
Atendimento aos Alunos
Fora da sala de aula, o aluno terá à sua disposição a assistência individual do professor para elucidar
suas eventuais dúvidas e também para conferência das suas soluções para os problemas e exercı́cios do
livro texto.
Para esta atividade extra-classe especı́fica serão destinadas 02 (duas) horas semanais de atividade do
professor2 , e o atendimento ao aluno será feito no Departamento de Fı́sica, na sala do professor (sala 12).
Como forma complementar de atendimento aos alunos, o Departamento de Fı́sica conta, em geral, com
o apoio de um(a) monitor(a) de Fı́sica Geral III. Informe-se sobre isso no departamento de Fı́sica.
8
Sistema de Avaliação
A avaliação do aluno será feita através da sua média semestral (MS), que é a média aritmética das
notas obtidas nas quatro avaliações escritas, individuais e sem consulta, a serem realizadas em sala de aula,
e em horários de aula, conforme o calendário de atividades. As condições para a aprovação ou reprovação
do aluno são as previstas no regimento desta Universidade. As condições para a aprovação do aluno são
as seguintes:
ˆ Cálculo da Média Final (MF):
Aprovado!;
– Com exame (MS < 7,0): MF = (MS × 6,0 + 4,0 × NE)/10 ⩾ 5,0 Aprovado!;
– Sem exame: média semestral (MS) ⩾ 7,0 ≡ MF = MS
onde NE = nota do exame.
ˆ Frequência mı́nima de 75%.
2
Os referidos horários de atendimento ao aluno podem ser encontrados na grade de horários do professor, localizada no
mural ao lado da secretaria do Departamento de Fı́sica ou ainda na homepage do professor.
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Observações Importantes
1. Não será permitido o uso de calculadoras com memória alfa-numérica e ou programáveis do tipo
HP48xx, CASIO, etc., durante as provas e o exame, podendo o aluno fazer uso apenas de calculadoras simples (com as operações elementares) ou “cientı́ficas” (com funções trigonométricas e
transcendentes).
2. Não será permitida a troca, o empréstimo ou o uso compartilhado de materiais ou calculadoras, entre
os alunos(as), durante as provas e o exame;
3. Não será permitida a ausência do aluno, por qualquer motivo, da sala de prova ou exames antes da
entrega de todo o material recebido; bem como o uso de telefones celulares, sem-fio ou similares.
4. O aluno(a) que não se sentir a vontade para responder perguntas ou dissertar a respeito dos tópicos
relacionados aos temas de aula, por qualquer que seja o motivo, poderá dirigir-se privativamente ao
professor para expor as suas razões e juntos possam encontrar uma possı́vel solução.
5. Recomenda-se fortemente que o aluno(a) não use o celular durante as aulas, exceto se for para uso de
algum aplicativo ou ferramenta relacionado as aulas e com prévio aviso ou permissão do professor.
6. Pedidos de Segunda Chamada de provas e do exame só podem ser requeridos em casos comprovados
que obedeçam a legislação desta Universidade, e dentro do prazo regimental. Tendo sido deferido
pelo coordenador do curso, a prova requerida será realizada logo a seguir, em data, local e horário
indicado com antecedência pelo professor.
10
Lista de Exercı́cios
Sugerimos ao aluno, ler sempre a parte teórica e os exemplos feitos no livro texto, antes de tentar
resolver os problemas escolhidos, relativos a uma determinada seção do livro texto, ou capı́tulo. A discussão
e estudo em grupo de alunos pode ser feita, porém cada aluno deve finalmente ser capaz de responder por
escrito a cada um dos problemas estudados, com suas próprias palavras.
Para a completa e correta solução dos problemas propostos, o aluno deverá formular as hipóteses necessárias e suficientes para desenvolver seus cálculos a partir de primeiros princı́pios, ou seja, dos princı́pios
fundamentais e das leis fı́sicas básicas envolvidas em cada tipo de problema. No de desenvolvimento e
solução de problemas, é imprescindı́vel que o aluno observe as unidades das medidas e grandezas a serem
determinadas/utilizadas, a sua correta representação em um sistema de medidas, preferencialmente o Sistema Internacional de medidas (SI), as dimensões destas grandezas e a sua representação com o número
correto de algarismos significativos, isto quando tratar-se de problemas com resultados numéricos a serem
obtidos. A fim de minimizar a propagação de erros numéricos sugerimos que o aluno use, sempre que
possı́vel, pelo menos três algarismos significativos para as grandezas medidas e resultados obtidos nos
problemas que envolvam cálculos numéricos.
Nos problemas cuja solução é puramente algébrica analı́tica, o aluno deve fazer uso da análise dimensional para verificar a homogeneidade dimensional das expressões e resultados obtidos, testando sempre
que possı́vel os limites conhecidos destas expressões, e comparando seus resultados com outros resultados
gerais já estudados.
Sugerimos que o aluno resolva a lista de exercı́cios disponibilizada na página do professor.
Observação: Os livros de Fı́sica, em geral, fazem o uso de letras em negrito para representar grandezas
1 q1 q2
vetorias. Por exemplo, a Lei de Coulomb é escrita na forma F = 4πε
2 r, que é completamente equiva0 r
1 q1 q2
⃗
lente à forma clássica F = 4πε0 r2 r̂, preferida por alguns autores. Quando alguma fórmula vetorial for
manuscrita, devemos fazer uso da segunda forma, para que fique claro o carácter vetorial ou escalar de
cada grandeza, já que normalmente não escrevemos em negrito.
11
Referências Bibliográficas
11.1
Bibliografia Básica
[1] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J..
Fundamentos de Fı́sica: Eletromagnetismo, v. 3,
ed. 4, Rio de Janeiro: LTC, 1996.
[2] TIPLER, P.A.; MOSCA, G..
Fı́sica: para cientistas e engenheiros, v. 2, ed. 6, Rio de Janeiro:
LTC, 2012.
[3] YOUNG, H.D.; SEARS, F.W.; ZEMANSKY, M.W.. Fı́sica, v. 3, ed. 10, São Paulo: Addison
Wesley, 2003.
11.2
Bibliografia Complementar
[1] NUSSENZVEIG, H.M., Curso de Fı́sica Básica: Eletromagnetismo, v. 3, ed. 1, Editora Edgard
Blücher LTDA, 1999.
[2] ALONSO, M.; FINN, E.J. Fı́sica um Curso Universitário, v. 2, São Paulo: Blücher, 1972.
[3] SERWAY, R.A.; JEWETT Jr. J.W.. Princı́pios de Fı́sica, v. 3, ed. 3, São Paulo: Pioneira Thomson
Learning Ltda, 2005.
[4] FEYNMAN, R.P.; LEIGHTON R.; SANDS, M.L. Lições de Fı́sica, v. 2, ed. 2, Porto Alegre Bookman,
2008.
[5] SADIKU, M.N.O.. Elementos de Eletromagnetismo, ed. 3, Porto Alegre Bookman, 2008.
Joinville-SC, 29 de julho de 2015.
Prof. César Manchein
home page:
Arquivo:
fis3001.tex Vers~
ao:
e-mail: [email protected]
www.joinville.udesc.br/portal/professores/manchein/
#1.0 (29 de julho de 2015)
12
Cronograma das Aulas de FGE3001 T/CIV122-04U para
2015/2
Aula
01
Data
03/08
seg
02†
07/08
sex
03
10/08
seg
04†
14/08
sex
05
17/08
seg
06†
21/08
sex
07
08†
09
24/08
28/08
31/08
seg
sex
seg
10†
04/09
sex
11†
07/09
11/09
seg
sex
12
14/09
seg
13
18/09
sex
14
21/09
seg
15†
25/09
sex
16†
02/10
sex
Tópicos / Seções do Livro Texto [1]
Apresentação do Plano de Ensino de FGE3001 T/CIV122-04U.
Aspectos gerais sobre o conteúdo programático da disciplina.
Carga elétrica
A Lei de Coulomb.
Campo Elétrico
O campo elétrico.
O campo elétrico criado por uma carga puntiforme e por um dipólo elétrico.
O campo elétrico criado por uma distribuição contı́nua de cargas.
Carga puntiforme num campo elétrico. Um dipólo num campo elétrico.
Lei de Gauss
A Lei de Gauss.
Um condutor carregado isolado.
Lei de Gauss: simetria cilı́ndrica e simetria esférica.
Aula de revisão para a primeira prova.
PROVA I
Potencial elétrico
Introdução. O potencial elétrico num ponto.
Superfı́cies equipontenciais.
Cálculo do potencial a partir do campo.
Potencial criado por uma carga puntiforme.
Potencial criado por um grupo de cargas puntiformes.
Potencial criado por um dipólo elétrico.
Potencial criado por uma distribuição contı́nua de cargas.
Cálculo do campo a partir do potencial.
Energia potencial elétrica de um sistema de cargas puntiformes.
*** Feriado escolar ***
Capacitância
A utilização de capacitores.
Capacitância.
Cálculo da capacitância.
Capacitores em paralelo e em série.
Armazenamento de energia num campo elétrico.
Capacitor com um dielétrico.
Os dielétricos e a lei de Gauss.
Corrente e Resistência
Cargas em movimento e correntes elétricas.
Corrente elétrica e densidade de corrente.
Resistência elétrica e resistividade elétrica.
Lei de Ohm. Energia e potência em circuitos elétricos.
Circuitos
As Leis de Kirchhoff.
Associação de resistores. Circuitos RC.
Aula de revisão para a segunda prova.
PROVA II
Aula
17
Data
28/09
seg
18
05/10
seg
19
09/10
sex
20
12/10
16/10
seg
sex
21
19/10
seg
22†
23/10
sex
23
26/10
seg
25
30/10
02/11
06/11
09/11
13/11
16/11
sex
seg
sex
seg
sex
seg
26
20/11
sex
27
21/11
sáb
28
29
30
23/11
27/11
30/11
seg
sex
seg
31†
32
04/12
11/12
sex
sex
24
†
03 horas-aula.
Tópicos/Seções do Livro Texto [1]
O campo magnético
Definição do vetor campo magnético B. A força de Lorentz.
Movimento de cargas no campo magnético.
Força magnética sobre um fio transportando corrente.
Torque sobre uma bobina de corrente.
Lei de Ampère
A Lei de Biot-Savart.
*** Feriado escolar ***
Força magnética sobre um fio transportando corrente.
A Lei e Ampère.
Solenóides e toróides.
Uma bobina de corrente e sua propriedades de dipólo magnético.
Lei da Indução de Faraday
A Lei da indução de Faraday. A Lei de Lenz.
Indução: estudo quantitativo. O campo elétrico induzido.
Aula de revisão para a terceira prova.
*** Feriado escolar ***
*** Feriado escolar ***
PROVA III
*** O Prof. estará participando de uma missão de trabalho no iiP ***
*** O Prof. estará participando de uma missão de trabalho no iiP ***
Indutância
Definição de indutância. O cálculo da indutância. O circuito RL.
Considerações sobre a energia armazenada num campo magnético. Indução mútua.
Oscilações eletromagnéticas
O circuito LC. O circuito RLC.
Correntes alternadas
Por que estudar corrente alternada? O circuito RLC.
Potência em circuitos de corrente alternada.
O transformador.
As equações de Maxwell
As equações de Maxwell: a lista completa.
Aula de revisão para a quarta prova.
PROVA IV
EXAME FINAL