LISTA ELETROMAGNETISMO

Prévia do material em texto

LISTA ELETROMAGNETISMO
1ª) Sobre o capítulo de Cargas Elétricas e Lei de Coulomb, responda:
a) O que é uma carga elétrica? Explique qual a carga elétrica de um próton, elétron e nêutron.
R: Carga elétrica é a propriedade fundamental que determina as interações eletromagnéticas. As partículas subatômicas podem apresentar um valor de carga elétrica elementar, sendo o próton com carga elétrica positiva, o elétron carga elétrica oposta, portanto negativa e o nêutron sem carga elétrica. 
b) O que significa um corpo eletrizado positivamente, negativamente e um corpo neutro?
R: Um corpo eletrizado positivamente possui mais cargas positivas do que negativas (mais prótons do que elétrons), enquanto que um corpo eletrizado negativamente possui mais cargas negativas do que positivas (mais elétrons do que prótons). Quando há um equilíbrio entre cargas positivas e negativas, dizemos que o corpo está eletricamente neutro. 
c) Descreva a lei de Coulomb. Qual a fórmula que define tal lei? Explique cada componente da fórmula no que diz respeito às grandezas físicas e unidades de medida.
R: A Lei de Coulomb descreve a força resultante das interações de dois corpos eletrizados, tendo como parâmetros, as cargas dos corpos, a distância entre eles, e uma constante eletrostática relacionada ao meio onde as cargas estão dispostas. Cada uma das cargas influência de forma diretamente proporcional a força elétrica resultante, o mesmo ocorre com a constante eletrostática, dessa forma quanto maior cada carga maior o módulo do vetor força resultante. A distância influencia diminuído a interação entre as cargas , de tal forma que a força resultante é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas. Matematicamente pode ser descrita desta forma:
d) Explique o princípio de Atração e repulsão das cargas.
R: Resultado de experiências que demonstraram a existência de dois tipos de cargas (positiva e negativa), este princípio diz que cargas de sinais opostos se atraem , por outro lado , cargas de sinal igual têm repulsão elétrica. 
e) Defina um material condutor, semicondutor, supercondutor e isolante. Cite exemplos.
R: Um material condutor possibilita com facilidade a movimentação de carga elétrica em seu interior com facilidade. Metais, como cobre e ferro, são bons condutores de eletricidade, tendo em vista que sua estrutura atômica possibilita circulação de elétrons livres.
De forma oposta, o material isolante oferece uma grande resistência a movimentação de carga. Nesses materiais não há praticamente nenhum elétron livre. São exemplos de materiais isolantes a borracha, plásticos e madeira.
Materiais que apresentam propriedades intermediárias entre isolantes e condutores são chamados de semicondutores, tendo sua condutividade sensivelmente modificada devido a condições ambientais. Dessa forma podem se comportar por vezes mais como isolante ou mais como condutor. Essas propriedades conferem aplicações desses materiais na área da eletrônica, com transistores, microprocessadores e circuitos. O Silício e o Germânio são exemplos de materiais condutores.
Os materiais supercondutores reúnem propriedades a mais em relação aos condutores, mediante a condições de temperatura mais baixas, as quais reduzem a praticamente zero a resistência elétrica do material, promovendo deslocamento dos elétrons livremente ao longo da rede cristalina do material. A temperatura para qual esse fenômeno se observa varia de material para material. Exemplo de materiais com esta propriedade são: Chumbo, Cádmio e Mercúrio.
f) Explique, com base nas aulas, os três processos de eletrização: Atrito, contato e indução. O que ocorre ao atritarmos a borracha dura com a madeira? Quem tem mais vontade de perder ou ganhar elétrons?
R: Os processos de eletrização são responsáveis por tornar um corpo neutro em um corpo carregado.
Na eletrização por atrito, dois corpos são atritados com a finalidade de gerar a eletrização, dada a diferença entre a afinidade eletrônica dos materiais, ficando os dois elementos com cargas de mesmo módulo e sinais opostos. A série triboelétrica é uma tabela que indica quais corpos ficarão positivos e negativos ao serem atritados. Quanto maior a distância na tabela, maior a eletrização. 
No caso da eletrização por atrito entre borracha dura e madeira, a madeira ficará eletrizada positivamente e a borracha dura negativamente, pois a primeira está em uma posição anterior a segunda. A madeira tem mais vontade de perder elétrons e a borracha dura de ganhar elétrons.
Na eletrização por contato, um corpo carregado é colocado com outro eletricamente neutro e compartilha em um breve intervalo de tempo os elétrons livres fluem de um corpo para o outro. Do neutro para o positivo ou do negativo para o neutro, conforme o caso. Se os corpos tiverem a mesmas dimensões, terão cargas iguais ao fim do processo.
Na eletrização por indução, um condutor isolado e neutro(induzido) é aproximado de um carregado(indutor), produzindo uma concentração de elétrons em uma parte especifica e outra com carga positiva, no corpo inicialmente isolado. O corpo induzido então passa por um aterramento. Após o aterramento ser desfeito o indutor é finalmente afastado do induzido. Ao fim deste processo o indutor fica com carga oposta ao induzido.
g) Explique o que significa, fisicamente, a quantização e conservação da carga elétrica.
R: A quantização da carga consiste no fato de os corpos na natureza só podem apresentar valores de carga múltiplas inteiras da carga elementar, ou seja só pode apresentar um certo número finito de valores associados aos múltiplos inteiros do valor de .
A Conservação da carga elétrica consiste no fato de que em um sistema isolado , o somatório das cargas elétricas permanece constante , mesmo ocorrendo alterações internas na distribuição das cargas.
	
2) (2,0 pontos) Sobre o capítulo de Campo Elétrico, responda:
a) Defina fisicamente o que é Campo Elétrico. Qual a fórmula que define tal lei? Explique cada componente da fórmula no que diz respeito às grandezas físicas e unidades de medida.
R: O Campo Elétrico é uma zona de influência elétrica na qual um corpo carregado eletricamente é capaz influenciar eletricamente outros corpos, considerando a distância desse corpo para eventuais outros corpos posicionados. Desta forma, quanto maior a carga desse corpo , e menor a distância entre um ponto e esta carga geradora do campo elétrico, maior a intensidade do campo elétrico. Esta zona de influência está associada a uma distribuição vetorial em torno do corpo eletrizado. Ao se colocar uma carga elétrica nessa zona de influência, têm-se uma Força Elétrica associada a essa interação. Matematicamente podemos escrever:
 
É importante ressaltar que primeiramente deve haver o campo elétrico, que existe independentemente de uma segunda carga , para que depois surja uma Força elétrica resultante da interação dos corpos carregados. 
b) Represente, por meio de linhas de campo, o campo elétrico gerado por uma carga pontual isolada positiva (campo de afastamento ou aproximação) e por uma carga pontual isolada negativa (campo de afastamento ou aproximação). Mostre como fica a configuração, em termos de linhas de campo, quando uma carga elétrica pontual positiva está próxima da carga elétrica pontual negativa.
R: As linhas de campo de uma carga pontual positiva isolada são segmentos de reta orientados saindo da carga(CAMPO DE AFASTAMENTO):
Por outro lado, as linhas de campo de uma carga pontual negativa isolada são segmentos de reta orientados entrando da carga(CAMPO DE APROXIMAÇÃO):
	As linhas de campo para a iteração entre uma carga pontual positiva e uma negativa adquirem a configuração abaixo, na qual uma mesma linha sai da carga positiva e chega a negativa:
c) Qual a fórmula utilizada para calcular o campo elétrico gerado por uma carga pontual? Explique cada componente da fórmula no que diz respeito às grandezas física e unidades de medida.
R: Para obter a expressão do campo elétrico, considere uma carga de prova de carga q submetidaao campo elétrico gerado por uma carga . Partindo da expressão de definição do campo elétrico e aplicação da Lei de Coulomb, temos:
De onde chega-se a seguinte expressão:
3) (2,0 pontos) Sobre o capítulo referente a Lei de Gauss, responda:
a) Defina, fisicamente e matematicamente, o fluxo elétrico. Explique duas situações possíveis a qual podemos ter um fluxo elétrico positivo, negativo ou nulo.
R: Dada uma superfície com área , onde existe um campo elétrico ,o fluxo elétrico é definido como a quantidade de campo elétrico que atravessa essa área, envolvendo uma carga . Matematicamente, o fluxo elétrico que atravessa a superfície pode ser definido pela integração do campo elétrico na área:
	O fluxo elétrico é uma grandeza escalar com unidade 
	Quando o Campo Elétrico aponta para dentro da superfície, o fluxo elétrico é negativo.
	Quando o Campo Elétrico tangencia a superfície, o fluxo elétrico é nulo. Nesses casos a superfície não envolve nenhuma carga.
	Quando o Campo Elétrico aponta para fora da superfície, o fluxo elétrico é positivo.
b) Quais os dois principais tipos de problemas que pode ser resolvido por meio da lei de Gauss.
R: A primeira questão é quando se sabe a carga elétrica e usamos a lei de Gauss para determinar o campo elétrico em um dado ponto. A outra é sabemos o campo elétrico em uma superfície gaussiana e usamos a lei de Gauss para determinar a carga envolvida pela superfície.
c) Defina, fisicamente e matematicamente, a primeira das Equações de Maxwell, também
conhecida como Lei de Gauss da Eletricidade. Em que situações é mais conveniente
aplicarmos a Lei de Gauss.
	R: A Lei de Gauss afirma que o fluxo elétrico total através de uma superfície fechada é proporcional a carga elétrica total líquida no interior da superfície, também denominada gaussiana. Situações mais convenientes para aplicação da Lei de Gauss são aquelas nas quais as superfícies apresentam alto grau de simetria. As principais simetrias são:
· Planar: aplica-se no caso de uma distribuição de cargas num plano infinito.
· Cilíndrica ou axial: aplica-se no caso de uma distribuição linear infinita.
· Esférica: em casos de carga puntiforme distribuição esférica de cargas.
Matematicamente pode ser escrita da seguinte forma:
d) Demonstre a fórmula do campo elétrico gerado por uma carga pontual a partir da Lei de Gauss da Eletricidade.
R: Vamos partir da expressão básica: 
				
	Utilizando a expressão de campo elétrico a partir da Lei de Coulomb a área da gaussiana como esfera, obtemos 
	
 
e) Explique o princípio físico por trás da Gaiola de Faraday.
R: A blindagem eletrostática propicia a Gaiola de Faraday. Ocorre quando um excesso de carga se distribui na superfície de um condutor impedindo que haja campo elétrico em seu interior. Isso ocorre devido ao fato de as cargas elétricas tenderem a se afastar, pela repulsão entre cargas de mesmo sinal, de forma a atingir o equilíbrio eletrostático.
4) (2,0 pontos) A fig. Abaixo mostra três partículas de cargas q1 = +3Q, q2 = –3Q e q3 = –5Q, todas situadas a uma distância d da origem. Determine o campo elétrico total produzido na origem pelas três partículas.
	R:Para determinar o Campo elétrico resultante , vamos somar a contribuição de cada uma das cargas no ponto da origem, modelando como superposição de campos elétricos causados por cargas pontuais na origem. A carga q1 gera um campo de afastamento , enquanto que as cargas