ELETROMAGNETISMO I - ATIV I

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ELETROMAGNETISMO I
ATIVIDADE I
1) Leia o excerto a seguir:
“Entre os métodos indiretos de determinação da umidade do solo, aqueles que relacionam a umidade às propriedades dielétricas do meio solo-água-ar, como a Reflectometria no Domínio do Tempo (TDR) e as sondas de capacitância, têm se destacado nos últimos anos por apresentarem boa precisão e baixo risco para o operador. Esses métodos baseiam-se no fato de que a constante dielétrica dos minerais no solo não excede 12, enquanto a constante dielétrica da água pura é de aproximadamente 81.” (COSTA et al., 2014, p. 727)
COSTA, L. F. dos S. et al. Calibração do sensor dielétrico em diferentes tipos de solo.  Enciclopédia Biosfera, Goiânia, v. 10, n. 18, 2014. 
 
Agora, analise as afirmativas a seguir e julgue se são verdadeiras (V) ou falsas (F).
I) A presença de água no solo é capaz de denotar a variação dielétrica.
II) Existem sensores dielétricos para a medição adequada dessa relação.
III) Um material dielétrico possui características semelhantes às de semicondutores.
IV) Os dielétricos geralmente possuem resistividade mediana.
 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
· R: Resposta correta
V, V, F e F.
Resposta correta: sabe-se que a variação da constante dielétrica, estabelecida no meio formado pelo solo, pela água e pelo ar, está sim diretamente associada à presença da água (e à quantidade) no solo. Para medir tais relações, são usados sensores dielétricos.
Leia o excerto a seguir:
“A existência de uma carga elétrica móvel, ou então de uma corrente elétrica estabelecida, gera um campo magnético nas vizinhanças, juntamente com um campo elétrico e, além disso, sabe-se que o campo magnético exerce uma dada força acerca de qualquer outra corrente elétrica ou carga elétrica que esteja se movendo, imersa neste campo magnético. [...]. Tal como no caso do campo elétrico, o campo magnético é um campo vetorial [...]” (YOUNG; FREEDMAN, 2009, p. 199)
 
YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. Física 3: eletromagnetismo. Tradução: Sonia Midori Yamamoto. 12. ed.  São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009.
 
Assim, com base no exposto e em seus conhecimentos acerca do campo magnético, analise as afirmativas a seguir.
I) Na análise, é possível notar que a força magnética será sempre perpendicular ao plano formado pela velocidade ( ) e pelo campo magnético ( ).
II) Na análise, é possível notar que a força magnética pode ser calculada pelo produto da carga, campo magnético e velocidade, em função do ângulo entre v e B.
III) Existe sempre um único possível sentido para o vetor definido da força magnética: oposto ao plano de v com B.
IV) Assim como a força elétrica, a força magnética também depende do valor da velocidade desempenhada pela partícula.
 
As afirmativas corretas são:
R: Resposta correta
I e II.
Resposta correta: sabe-se que, de fato, a direção da força magnética () é sempre perpendicular à velocidade e ao campo magnético, quando analisamos as características vetoriais desta para qualquer problema prático. Assim, é válido calculá-la pelo módulo:. Além disso, considerando-se tal relação perpendicular, observa-se que a força pode, ainda, ser dada pelo módulo como:.
O potencial elétrico em um ponto qualquer é dado a partir da energia potencial elétrica em função da quantidade de carga que existe. É por essa razão que há energia potencial por unidade de carga e que uma possível unidade utilizada nesse caso é J/C (Joule/Coulomb) - e Volts está diretamente relacionado. É possível ainda interpretar o potencial elétrico como diretamente relacionado à força elétrica existente na situação analisada.
Dessa forma, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
I) O potencial elétrico também pode ser representado em função do trabalho do deslocamento, de um lote de carga de um dado ponto A até B
Porque:
II) Vab, por exemplo, é interpretada como o potencial de b em relação a um dado ponto a.
 
Assinale a alternativa correta.
R: Resposta correta
As proposições I e II são falsas.
Resposta correta: a questão do trabalho do deslocamento deve ser interpretada em função da unidade da carga. Dessa forma, a proposição I é falsa. Além disso, Vab denota o potencial elétrico de um dado ponto a em relação a um dado ponto b. Por isso, a proposição II também é falsa.
Assim como o campo elétrico, é possível estimarmos o potencial elétrico em função de alguns tipos de análises básicas, considerando o uso de cargas puntiformes: através de um conjunto de cargas puntiformes ou de somente uma delas, dependendo da necessidade da análise e da carga considerada que será aproximada, por exemplo. No caso de uma única carga puntiforme, avalia-se a energia potencial no local e a carga elétrica q 0. Além disso, é possível considerar a correlação indireta com o tipo do meio avaliado, que pode ser, inclusive, o vácuo.
Com base nisso, qual seria uma forma de se calcular o potencial para um conjunto de n cargas elétricas puntiformes?
R: Resposta correta
Resposta correta: devemos considerar que, para uma única carga puntiforme, temos a seguinte relação para o cálculo do potencial elétrico:. No caso de várias cargas (n cargas puntiformes), a seguinte relação se torna válida:.
A noção de concentração de carga pode ser tomada a partir da consideração de que há n partículas carregadas por unidade de um dado volume. Além disso, considerando-se que todas essas partículas se movimentam a partir de uma mesma velocidade média, tem-se a caracterização do movimento de arraste, geralmente visto na prática. A densidade, por sua vez, é definida então como a quantidade de corrente que flui em uma dada unidade de área, seção reta desse volume analisado.
Assim, acerca da densidade de corrente elétrica, é correto o que se afirma em:
R: Resposta correta
Considerando que a densidade é a corrente sobre a área, esta também poderá ser dada em função da velocidade de arraste.
Resposta correta: a densidade pode, de fato, ser definida a partir da velocidade de arraste. Isso acontece por conta da definição para o cálculo da corrente elétrica em função desta, dada através do número de partículas portadoras e da carga estabelecida na análise, tal que existe a seguinte relação matemática: J = n v d q.
Os capacitores podem estar presentes nas mais diversas aplicações; um exemplo muito importante disso são os sensores capacitivos, utilizados para a detecção de proximidade, medições de nível, pressão etc. Além disso, os capacitores de placas paralelas podem ser utilizados para modelar uma série de relações físicas e características elétricas de problemas práticos, como a análise do campo elétrico, por exemplo.
Assim, com base nesse texto e no seu conhecimento acerca dos capacitores, analise as afirmativas a seguir.
I) A capacitância também está presente em efeitos indesejáveis, como a indução magnética.
II) O sensor para a ativação do airbag de um automóvel é um exemplo de capacitor.
III) Flashes de câmeras fotográficas profissionais podem ser obtidos de capacitores.
IV) O capacitor é capaz de fazer o armazenamento de cargas elétricas acumuladas.
 
Está correto o que se afirma em:
R: Resposta correta
II e III.
Resposta correta: tanto o acionamento do airbag quanto o flash de uma câmera fotográfica são obtidos a partir do armazenamento de energia permitido por capacitores. No primeiro caso, por exemplo, trata-se de um capacitor de duas placas pequenas metálicas.
A corrente elétrica é definida pelo movimento de elétrons a partir de um dado campo elétrico estabelecido devido à diferença de potencial ocasionada. Em um material semicondutor, por exemplo, como é o caso do silício e do germânio, entre outros, a condução da corrente elétrica pode ocorrer por meio tanto do movimento de elétrons quanto de lacunas, que, na prática, funcionam como as cargas positivas nesses tipos materiais.
Dessa forma, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
I) O sentido da corrente elétrica é estabelecido devido à densidade de corrente
Porque:
II) A corrente elétrica é uma grandeza do tipo vetorial
Assinale aalternativa correta:
R: Resposta correta
A asserção I é verdadeira e a II é falsa.
Resposta correta: de fato, fala-se em sentido da corrente; entretanto, isso não é uma verdade absoluta, visto que o sentido é uma grandeza vetorial estabelecida conforme a densidade da corrente elétrica. Além disso, a corrente pode ser dada em função da variação de carga em função da variação do tempo.
Leia o excerto a seguir:
“[...] os franceses Jean-Baptiste Biot e Félix Savart, baseados nos resultados de Oersted, verificaram experimentalmente que a força exercida pelo campo gerado pela corrente elétrica em um fio reto sobre o polo magnético de um ímã é proporcional à intensidade da corrente, inversamente proporcional ao quadrado da distância perpendicular ao fio e atua na direção perpendicular ao plano que contém o fio e o ponto de atuação.” (SILVA et al., 2014, p. 19)
 
SILVA, C. E. da et al. Eletromagnetismo: fundamentos e simulações. São Paulo, 2014.
 
Analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas:
I) A indução magnética, juntamente com a força magnética, pode ser reescrita a partir de uma distribuição de cargas
Porque:
II) A indução magnética pode ser resumida a um campo magnético com divergência nula.
Assinale a alternativa correta.
R: Resposta correta
A asserção I é falsa e a II é verdadeira.
Resposta correta: tanto a força magnética quanto o processo de indução magnética podem ser escritos, matematicamente, como função da distribuição de correntes. Dessa forma, a proposição I é falsa. Além disso, sabe-se que a indução magnética pode ser compreendida na prática como um campo magnético de divergência nula. Por isso, a proposição II é verdadeira.
Por meio da relação matemática também conhecida como Lei de Gauss do magnetismo, é possível analisar o fluxo magnético. Um exemplo disso é que o fluxo magnético total estabelecido através de uma dada superfície fechada, de qualquer tipo e em qualquer situação, será igual a zero. Então, a seguinte relação matemática é válida , o que pode ser verificado na prática a partir do desenho de uma superfície fechada em um dado mapa de campo magnético qualquer.
Assim, com base no exposto e em outras importantes relações do fluxo e do campo magnético, considere as afirmativas a seguir e julgue se são verdadeiras (V) ou falsas (F).
 
I) A densidade do fluxo magnético pode ser medida. Para isso, utilizamos o próprio valor do campo magnético
II) O movimento realizado por uma partícula carregada, estando esta imersa em campo magnético e sem campo elétrico, tende a variar.
III) A maneira como a velocidade da partícula no campo magnético varia pode ser explicada pela perpendicularidade da força.
IV) Assim como na Lei de Gauss, aplicável a uma dada superfície fechada, a área elementar diverge da superfície, considerando-se o vetor.
 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
R: Resposta correta
V, F, F e V.
Resposta correta: sabe-se que o módulo do campo magnético é correspondente, de fato, ao valor do fluxo por unidade de área, considerando-se ainda uma dada área ortogonal a esse campo. Dessa forma, é comum a associação frequente do próprio termo densidade de fluxo magnético ao termo “raiz” campo magnético. Além disso, como aplicamos a uma superfície fechada, assim como para a Lei de Gauss, sabe-se que o vetor de área elementar sempre apontará para fora da superfície.
Considerando na análise fontes que não sofrem variação com o tempo, podemos considerar - ou simplesmente já utilizar, devido à situação prática estabelecida - cargas em repouso ou então que fazem algum tipo de movimento uniforme. Tais colocações físicas estão diretamente relacionadas tanto à densidade de carga quanto à corrente elétrica constante. Além disso, sabe-se que a relação de divergência é, matematicamente e na prática, nula.
 
Com base no exposto, analise as opções e assinale a alternativa correta.
R: Resposta correta
Caso a distribuição da corrente elétrica seja filamentar, há uma relação específica para estabelecimento do campo magnético.
Resposta correta: a indução magnética pode ser calculada a partir do uso da Lei de Biot-Savart, considerando-se o valor do campo magnético. Nesse caso, considera-se uma situação real, que pode ser representada por uma distribuição de corrente filamentar, uma superfície ou um volume, e obtém-se diferentes relações matemáticas para cada um desses casos.
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