Fundamentos de Física - Eletromagnetismo - Volume 3

Autor(es): HALLIDAY
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Se a Física complicar, descomplique! Sucesso há quase seis décadas, Fundamentos de Física, de David Halliday, Robert Resnick e Jearl Walker, continua cumprindo o desafio de apresentar a disciplina de maneira objetiva, unindo teoria a aplicações práticas. Esta nova edição do maior clássico de Física traz, em seus quatro volumes, 250 novos problemas; 50 perguntas inéditas e novos exemplos; relação clara e direta com os conceitos-chave apresentados; capítulos divididos em módulos conceituais e lista de objetivo de aprendizado. O volume 3 — Eletromagnetismo estuda a força elétrica, a aplicação da lei de Faraday a uma bobina com várias espiras, a relação entre a força eletromotriz e o trabalho realizado e muito mais. E não para por aí! O volume 3 ainda traz material suplementar gratuito: Curso de Física em Videoaulas, com 12 horas de duração. Desenvolvidas com base no conteúdo do livro, as videoaulas apresentam assuntos relacionados aos campos elétricos, cargas elétricas, equações de Maxwell, circuito, Lei de Gauss, corrente e resistência, capacitância e muito mais. Ah, não se preocupe com o idioma: elas são ministradas por professores brasileiros e coordenadas pelos professores André Saraiva e Germano Penello. Pensou Física, pensou Halliday. ?

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21 A Lei de Coulomb

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A Lei de Coulomb

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A LEI DE COULOMB

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

21.01 Saber a diferença entre um objeto eletricamente neutro,

21.10 Saber que a lei de Coulomb se aplica apenas a partículas pon-

negativamente carregado e positivamente carregado e o que é um excesso de cargas.

21.11 Se uma partícula está sujeita a mais de uma força eletrostática,

21.02 Saber a diferença entre condutores, isolantes, semicondutores e supercondutores.

tuais e a objetos que podem ser tratados como partículas pontuais.

usar uma soma vetorial para obter a força resultante.

21.12 Saber que uma casca esférica com uma distribuição uniforme

21.03 Conhecer as propriedades elétricas das partículas que existem no interior do átomo.

21.04 Saber o que são elétrons de condução e qual é o papel que desempenham para tornar um objeto negativamente carregado ou positivamente carregado.

 

22 Campos Elétricos

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Campos Elétricos

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O CAMPO ELÉTRICO

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

22.01 Saber que, em todos os pontos do espaço nas proximidades de uma partícula carregada, a partícula cria um campo elétrico

E , que é uma grandeza vetorial e, portanto, possui um módulo e uma orientação.

22.02 Saber que um campo elétrico pode ser usado para explicar por

que uma partícula carregada pode exercer uma força eletrostática

F em outra partícula carregada, mesmo que as partículas não estejam em contato.

22.03 Explicar de que modo uma pequena carga de teste positiva pode ser usada (pelo menos em princípio) para medir o campo elétrico em qualquer ponto do espaço.

22.04 Explicar o que são as linhas de campo elétrico, onde começam, onde terminam e o que significa o espaçamento das linhas.

Ideias-Chave zz Uma partícula carregada cria um campo elétrico (que é uma

 

23 Lei de Gauss

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Lei de Gauss

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FLUXO ELÉTRICO

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

23.01 Saber que a lei de Gauss relaciona o campo elétrico em

23.05 Calcular o fluxo F do campo elétrico através de uma superfície

23.02 Saber que o fluxo elétrico F através de uma superfície é a

23.06 No caso de uma superfície fechada, explicar os sinais algébri-

23.03 Saber que o vetor área de uma superfície plana é um vetor

23.07 Calcular o fluxo total F através de uma superfície fechada

pontos de uma superfície fechada (real ou imaginária, chamada superfície gaussiana) à carga total envolvida pela superfície. quantidade de campo elétrico que atravessa a superfície.

perpendicular à superfície cujo módulo é igual à área da superfície.

23.04 Saber que qualquer superfície pode ser dividida em elementos

 

24 Potencial Elétrico

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Potencial Elétrico

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POTENCIAL ELÉTRICO

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

24.01 Saber que a força elétrica é conservativa e, portanto, é possível associar a ela uma energia potencial.

da partícula, a variação ∆U da energia potencial e o trabalho W realizado pela força elétrica.

24.02 Saber que a cada ponto do campo elétrico produzido por um

24.06 No caso de uma partícula carregada que se desloca de um

24.03 No caso de uma partícula carregada sob o efeito do campo

24.07 No caso de uma partícula carregada que atravessa uma região

objeto é possível associar um potencial elétrico V, uma grandeza escalar que pode ser positiva ou negativa, dependendo do sinal da carga do objeto.

elétrico criado por um objeto, usar a relação entre o potencial elétrico V criado pelo objeto nesse ponto, a carga q da partícula e a energia potencial U do sistema partícula-objeto.

 

25 Capacitância

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Capacitância

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CAPACITÂNCIA

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

25.01 Desenhar um diagrama esquemático de um circuito com um capacitor de placas paralelas, uma bateria e uma chave aberta ou fechada.

25.02 Em um circuito com uma bateria, uma chave aberta e um

25.03 Conhecer a relação entre o valor absoluto da carga q nas

duas placas do capacitor (“a carga do capacitor”), a diferença de potencial V entre as placas do capacitor (“a tensão do capacitor”) e a capacitância C do capacitor.

capacitor descarregado, explicar o que acontece aos elétrons de condução quando a chave é fechada.

Ideias-Chave zz Um capacitor é constituído por dois condutores isolados (as

placas), que podem receber cargas +q e –q. A capacitância C é definida pela equação

q

CV,

zz Quando um circuito formado por uma bateria, uma chave aberta

 

26 Corrente e Resistência

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Corrente e Resistência

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CORRENTE ELÉTRICA

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

26.01 Usar a definição de corrente elétrica como a carga que passa

por um ponto por unidade de tempo para calcular a quantidade de carga que passa por um ponto em um dado intervalo de tempo.

26.02 Saber que a corrente elétrica em geral se deve a elétrons de

26.03 Saber o que é um nó de um circuito e que, de acordo com a

lei de conservação da carga, a corrente total que entra em um nó é igual à corrente total que sai do nó.

26.04 Saber o que significam as setas nos desenhos esquemáticos do circuito e saber que, mesmo que seja representada com uma seta, a corrente elétrica não é um vetor.

condução colocados em movimento por campos elétricos (como, por exemplo, os que são produzidos em um fio por uma bateria).

Ideias-Chave zz Uma corrente elétrica i em um circuito é definida pela equação i

 

27 Circuitos

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Circuitos

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CIRCUITOS DE UMA MALHA

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

27.01 Conhecer a relação entre a força eletromotriz e o trabalho realizado.

27.02 Conhecer a relação entre a força eletromotriz, a corrente e a potência de uma fonte ideal.

27.03 Desenhar o diagrama esquemático de um circuito de uma malha com uma fonte e três resistores.

27.04 Usar a regra das malhas para escrever uma equação para as diferenças de potencial dos elementos de um circuito ao longo de uma malha fechada.

27.05 Conhecer a relação entre a resistência e a diferença de potencial entre os terminais de um resistor (regra das resistências).

27.06 Conhecer a relação entre a força eletromotriz e a diferença de potencial entre os terminais de uma fonte (regra das fontes).

27.07 Saber que resistores em série são atravessados pela mesma corrente, que também é a mesma do resistor equivalente.

 

28 Campos Magnéticos

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Campos Magnéticos

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CAMPOS MAGNÉTICOS E A DEFINIÇÃO DE B

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

28.01 Saber a diferença entre um eletroímã e um ímã permanente.

28.02 Saber que o campo magnético é uma grandeza vetorial e que, portanto, tem um módulo e uma orientação.

28.03 Saber que um campo magnético pode ser definido em termos

conhecer a direção do vetor v→ H B e (2) usando o sinal da carga q para conhecer o sentido do vetor.

28.06 Determinar a força magnética FB que age sobre uma partícula

→ carregada em movimento calculando o produto vetorial v→ H B .

do que acontece com uma partícula carregada que se move na presença do campo.

28.07 Saber que o vetor força magnética FB é perpendicular ao vetor

28.04 No caso de uma partícula carregada que se move na presença

 

29 Campos Magnéticos Produzidos por Correntes

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Campos Magnéticos Produzidos por Correntes

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O CAMPO MAGNÉTICO PRODUZIDO POR UMA CORRENTE

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

29.01 Desenhar um elemento de corrente em um fio e indicar a orientação do campo magnético produzido pelo elemento de corrente em um ponto fora do fio.

29.06 Saber que as linhas de campo do campo magnético nas vizinhanças de um fio longo, retilíneo, percorrido por uma corrente têm a forma de circunferências.

29.02 Dado um ponto fora de um fio e um elemento de corrente do

29.07 No caso de um ponto perto da extremidade de um fio semi-

29.03 Saber que o módulo do campo magnético criado por um

infinito percorrido por uma corrente, conhecer a relação entre o módulo do campo magnético, a corrente e a distância entre o ponto e o fio.

fio, determinar o módulo e a orientação do campo magnético produzido pelo elemento de corrente no ponto.

 

30 Indução e Indutância

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Indução e Indutância

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LEI DE FARADAY E LEI DE LENZ

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

30.01 Saber que o fluxo magnético F através de uma superfície é a quantidade de campo magnético que atravessa a superfície.

30.02 Saber que o vetor área de uma superfície plana é um vetor perpendicular à superfície cujo módulo é igual à área da superfície.

30.03 Saber que qualquer superfície pode ser dividida em elemen→

tos de área dA (regiões suficientemente pequenas para serem consideradas planas), vetores área de módulo infinitesimal perpendiculares à superfície no ponto em que se encontra o elemento.

30.07 Conhecer a lei de Faraday, que é a relação entre a força ele-

tromotriz induzida em uma espira condutora e a taxa de variação do fluxo magnético através da espira.

30.08 Aplicar a lei de Faraday a uma bobina com várias espiras.

 

31 Oscilações Eletromagnéticas e Corrente Alternada

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Oscilações Eletromagnéticas e Corrente Alternada

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OSCILAÇÕES EM UM CIRCUITO LC

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

31.01 Desenhar o diagrama esquemático de um circuito LC e ex-

31.07 Calcular a corrente i(t) que descreve a variação, com o tempo,

31.02 Desenhar os gráficos da diferença de potencial do capacitor

31.08 Calcular a corrente i no indutor de um circuito LC em qual-

plicar quais são as grandezas que oscilam e o que constitui um período da oscilação. e da corrente do indutor de um circuito LC em função do tempo e indicar o período T nos dois gráficos.

31.03 Explicar a analogia entre um oscilador bloco-mola e um circuito LC.

31.04 Conhecer a relação entre a frequência angular w, a indutância L e a capacitância C de um circuito LC.

31.05 Demonstrar a equação diferencial da carga q do capacitor em um circuito LC a partir da energia de um sistema bloco-mola e determinar a função q(t) que descreve a variação, com o tempo, da carga do capacitor.

 

32 Equações de Maxwell; Magnetismo da Matéria

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Equações de Maxwell;

Magnetismo da Matéria

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LEI DE GAUSS PARA CAMPOS MAGNÉTICOS

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

32.01 Saber que a estrutura magnética mais simples é o dipolo

32.03 Saber que o fluxo magnético através de uma superfície gaus-

magnético.

siana (que é uma superfície fechada) é zero.

32.02 Calcular o fluxo magnético F através de uma superfície

 integrando o produto escalar do vetor campo magnético B pelo

 vetor área dA ao longo de toda a superfície.

Ideias-Chave zz A estrutura magnética mais simples é o dipolo magnético. Não existem (até onde sabemos) monopolos magnéticos. De acordo com a lei de Gauss para campos magnéticos,

:

B

:

B dA

0,

o fluxo magnético através de uma superfície gaussiana (que é uma superfície fechada) é zero. Uma das consequências da lei de Gauss é o fato de que os monopolos magnéticos não existem.

 

Apêndices e Respostas dos Testes e das Perguntas e Problemas Ímpares

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O SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)*

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*Adaptado de “The International System of Units (SI)”, Publicação Especial 330 do National Bureau of Standards, edição de 2008. As definições acima foram adotadas pela Conferência

Nacional de Pesos e Medidas, órgão internacional, nas datas indicadas. A candela não é usada neste livro.

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ALGUMAS CONSTANTES FUNDAMENTAIS DA FÍSICA*

*Os valores desta tabela foram selecionados entre os valores recomendados pelo Codata em 2010 (www.physics.nist.gov).

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ALGUNS DADOS ASTRONÔMICOS

 

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