REVISÃO 2011 PSS3Física

PROFESSOR PAULO CÉSAR

ELETROSTÁTICAEletrostática - estuda os

fenômenos provocados pela eletricidade em

equilíbrio

ÁTOMO

Força Elétrica

20 dQq

K=F.

Outra unidade para o campo elétrico no SI é o volt por metro (V/m).

Vimos até agora que o campo elétrico é uma região de perturbação eletrostática, criada por uma carga elétrica Q, puntiforme e fixa.

Numa distribuição de cargas elétricas, o campo elétrico resultante num ponto será a soma vetorial dos campos individualmente criados pelas cargas do sistema nesse referido ponto.

O potencial elétrico é uma grandeza escalar que mede a energia potencial elétrica existente num sistema, por unidade de carga de prova.

A carga q recebe a ação de uma força elétrica na mesma

direção e em sentido contrário ao das linhas de força. O

movimento da carga será:

FÍSICA MODERNA

Física Clássica

Newtoniana velocidades do cotidianoEletromagnetismoClássico

Física Moderna Relativística Quântica: Corpo negro Efeito fotoelétrico Efeito Compton Raios X, etc

SÉCULO 19

SÉCULO 20

Max Planck Dez 1900

Corpo Negro IdealÉ todo corpo capaz de absorver toda a energia

radiante nele incidente , bem como emitir toda a radiação térmica que produz.

Importante• Não reflete nem calor nem luz;• Não pode ser detectado nem visto por

reflexão;• Não significa corpo de cor preta, pode ter

qualquer cor;• A cor de um corpo aquecido só depende da

sua temperatura, não importando o material, a massa , o volume ou a sua própria cor.

TEORIA DOS QUANTAMax Planck- 1900

“A energia radiante de freqüência f, só pode ser emitida ou absorvida em quantidades(porções) discretas,descontínuas (fótons), múltiplos inteiros de h.f ”

E = h.f (Energia diretamente proporcional a f)

Sendo: h = constante

universal de Planck

Fóton – é um

quantum (no plural quanta) de energia eletromagnética.

Efeito FotoelétricoAlbert Einstein -1905

Hertz, em 1887, foi quem primeiro percebeu o efeito fotoelétrico, que consiste em provocar o deslocamento de elétrons a partir da incidência de um feixe de luz.

hf=hf´+W

Segundo Albert EINSTEIN

A taxa de emissão de fotoelétrons é diretamente proporcional à intensidade de luz incidente;

Para haja emissão de elétrons, os fótons devem ter no mínimo energia h.fo, valor da função trabalho(Φ);

A energia absorvida em excesso aparece na forma de energia cinética (Ec = h.f – Φ);

A energia cinética dos fotoelétrons é independente da intensidade da luz incidente;

A energia cinética máxima dos fotoelétrons depende da freqüência da luz incidente.

Efeito Compton “Os fótons apresentam propriedades

corpusculares (de partículas) quando se chocam com elétrons. Nessas circunstâncias, o fóton sofre espalhamento, perde energia para o elétron, diminuindo sua freqüência e aumentando o seu comprimento de onda.”

Natureza “dual” da LUZEm determinados fenômenos,

a luz apresenta natureza ondulatória(reflexão,

refração, difração e interferência) e, em outros, natureza corpuscular- de partícula( efeito fotoelétrico

e efeito Compton)

Dualidade Onda-Partícula:Hipótese de De Broglie (1892-1987,

físico francês) “Uma partícula de massa m ( partículas

subatômicas – elétrons, prótons, etc) apresenta características ondulatórias”.A freqüência(f) e o comprimento de onda(λ) da onda associada à partícula são:

hEf fQ

hλhEf s.J10.63,6h 34

Q = quantidade de movimento (Q = P =m.v) E = energia h = constante de Planck

(Partículas comportando-se em alguns casos como partículas e em outros como onda)

HEISENBER (1901-1976, físico alemão) e a certeza da incerteza

Princípio da Incerteza – 1927“É impossível conhecer ao mesmo tempo a posição e a

velocidade exata (ou a quantidade de movimento), de qualquer partícula”.

Heisenberg quantificou a incerteza através das relações:

(1) ∆Q. ∆x ≥ h/4π ,

O produto das incertezas nas medidas de posição(∆x) e da quantidade de movimento (∆Q) tem valor constante.“Se tentarmos melhorar a medida da quantidade de movimento, pioramos a medida da posição e vice- versa, para manter o valor mínimo” .

ou (2) ∆E. ∆t ≥ h/4π (Relação da incerteza da medida da energia da

partícula com a incerteza do intervalo de tempo em que a energia é medida)

Ondas Eletromagnéticas São perturbações que se propagam no

espaço,originadas por cargas elétricas oscilantes aceleradas, constituídas por um campo elétrico e um campo magnético oscilantes.

Hipótese de MAXWELL (1831-1879, físico escocês)

“ Um campo magnético variável faz aparecer um campo elétrico variável e vice-versa”

Propriedades das Ondas Eletromagnéticas

Não necessitam de meio um material como suporte, propagando-se no vácuo ou em certos meios materiais transparentes a elas;

São ondas transversais

Propagam-se no vácuo com velocidade constante e igual para todas, , e com v < c em outros meios materiais;

Os campos são perpendiculares entre si e variam em fase – valor nulo e máximo no mesmo ponto;

E

B

Continuação das propriedades Propagam-se com a mesma freqüência da fonte;

São diferenciadas pela freqüência e o comprimento de onda

A velocidade de propagação pode ser calculada pelas expressões :

(1) v = λ.f ou

(2) ou

(3)

µo = permeabilidade magnética do vácuo, εo = permissisividade elétrica do vácuo.

00 μ.ε1v

BEv

Espectro Eletromagnético

Ultravioleta

Ondasde

Rádio

infravermelhoMicroondas

Luz visível

Raios X

Raios gama (γ)

FRE

QU

ÊN

CIA

CO

MPR

IME

NTO

DE

O

ND

A

EletromagnetismoI) Ímãs Tem propriedades de atrair ferro, cobalto,

níquel e materiais ferromagnéticos Possuem dois pólos (Norte e Sul)

inseparáveis; Pólos de nomes contrários se atraem e de

mesmo nome se repelem. Orientam-se aproximadamente na direção

norte- sul. O pólo NORTE é a extremidade que

aponta para o norte geográfico(NG) da Terra

II- Campo Magnético Região em volta de um ímã ou de um condutor

percorrido por corrente. É caracterizado em cada ponto pelo vetor indução magnética e detectado por BÚSSOLAS.

As linhas de indução magnética saem do ímã pelo seu do pólo NORTE e entram no pólo SUL; são fechadas.

III- Campo Magnético de Corrente1) – Fio condutor retilíneo longo

B

Características do Vetor Campo Magnético ,em P a) DIREÇÃO: tangente à linha de indução em P. b) SENTIDO: dado pela regra da mão direita nº 01.

c) MÓDULO:

r.π2i.μ

B oA/m.T10.π4μ 7

o

(permeabilidade magnética vácuo)

B : tesla ( T ), i : ampère(A), r: metro(m)

Lei de Ampère

2) Campo magnético no centro de uma espira circular(anel)

Corrente vista por dois observadores ( Espiras no plano do papel)

Bobina Chata

B

Vetor Campo Magnético no centro da espira:a) DIREÇÃO: perpendicular ao plano da espIrab) SENTIDO: dado pela regra da mão direita nº 01

c) MÓDULO:r.2i.μ

.NB o

Bobina Chata

r.2i.μ

B o (Obtida da Lei de Biot –Savart)

B

3) Campo magnético no interior de um solenóide No interior de um solenóide, percorrido por

corrente i, estabelece-se um campo de indução magnética

uniforme, com as características:

a) DIREÇÃO: do eixo do solenóide.

b) SENTIDO: determinado pela regra da mão direita nº 01.

c) MÓDULO: a partir da lei de Biot- Savart, vale

i.N.μB o

A/m.T10.π4μ 7o

( Permeabilidade Magnética do Vácuo )

B : tesla ( T ), ℓ : metro (m), i : ampère (A)

IV- Força Magnética – de Lorentz

B

V

1) Força magnética sobre cargas elétricas Uma caga q, em movimento, com velocidade , no

interior de um campo magnético , fica sujeita à ação de uma força magnética (Fm), tal que sua intensidade é dada por:

Onde: Θ = ângulo entre e Direção: perpendicular ao campo e a velocidadeSentido: regra da mão esquerda ou mão direita nº 02

B v

Fm = q.v.B.senθ

2) Carga “q” lançada no interior de um campo magnético uniforme

Movimentos adquiridos pela carga: MRU, MCU e MHU2.1- Lançamento paralelo ao campo (θ=0º ou

θ=180º ). Temos Fm = 0 M.R.U

Nota: Temos, também, Fm = 0 ( força nula) se a carga for abandonada em repouso no campo magnético.

Θ = 0º

Θ= 180º

Lançamento perpendicular ao campo magnético

B.qv.mR

B.qm.π2T

Raio da trajetória

Período do MCU

m = massa (kg)v = velocidade(m/s)B = campo magnético ( tela,T)Q =carga elétrica (coulomb,C)

2.3- Lançamento oblíquo ao campo uniforme

Temos: Fm = q.v.B.senθ ↔ MHUA partícula realiza Movimento Helicoidal

Uniforme

3) Força Magnética sobre condutor retilíneo

Um fio condutor de comprimento ℓ, percorrido por corrente i, inserido num campo magnético, tal que exista um ângulo θ entre o fio e a direção do campo, fica sujeito a uma força magnética, cuja intensidade é: Fm = B.i.L. sen θ (newton, N)

Direção: perpendicular ao plano determinado por B e o fio.

Sentido: dado pela 2ª regra da mão direita, com o polegar posicionado no sentido da corrente i; ou da mão esquerda,dedo indicador = campo B, dedo médio = corrente i, dedo polegar = força Fm

4) Força entre condutores retilíneos Dois fios condutores retilíneos e paralelos,

percorridos por correntes elétricas e , se atraem ou se repelem, conforme suas correntes tenham mesmo sentido ou sentidos opostos, com uma força , ao longo de um comprimento ℓ, de módulo dado por por:

1i 2i

mF

r.π2.i.i.μ

F 210m

Onde : r = distância entre os condutores

A/m.T10.π4μ 7o

(permeabilidade mag. do vácuo)ATRAÇÃO REPULSÃO

V- Indução Eletromagnética(Descoberta por Michael Faraday, 1791 -1867, cientista

inglês) É o fenômeno do aparecimento de uma f.e.m.(e) ou de uma corrente elétrica induzida (i) quando um condutor corta as linhas de um campo magnético. ( Explica o funcionamento dos geradores)

∆Φ em circuito fechado(espira) ↔ produz “f.e.m.” e “i”.

Variação do fluxo magnético (∆Φ) ↔ produz f.e.m e corrente induzida

1- Fluxo magnético É o número de linhas de indução que passam

através da área(A) da superfície de uma espira(condutor fechado)

Φ= B.A.cos θ B : indução magnética, em tesla ( T )A: área da espira, em m²Φ: fluxo magnético, em weber(Wb) , 1T.m² = Wb

Φ = grandeza escalar

Φ= B.A Φ= 0 Φ= - B.A

Lei de LENZ (físico russo, 1804-1865)Determinação do sentido da corrente induzida

Os efeitos da corrente induzida sempre se opõem às causas do seu aparecimento.

Aproximando o ímã com um SUL, aparecerá um SUL na espira. Aproximando com um NORTE, aparecerá um NORTE.

Afastando o ímã com um NORTE, aparecerá um SUL na espira

Se você fosse escolher ou o amor ou o mundo, Se escolhesse o mundo magoaria o amor, Se escolhesse o amor dominaria os dois por que quem ama domina o Mundo Frase de Albert Einstein