Física Básica Teórica V Prof. Dante Mosca

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1 Física Básica Teórica V Prof. Dante Mosca
CF096 Física Básica Teórica V Prof. Dante Mosca Aulas adaptadas dos livros: Fundamentos de Física 3 e 4, Halliday, Resnick, Walker & Physics for Scientists and Engineers (6th Edition), Serway and Jewett

2 Professor: Dante Homero Mosca
Universidade Federal do Paraná Setor de Ciências Exatas Departamento de Física Disciplina: CF096 - Física Básica Teórica V Professor: Dante Homero Mosca Livro Texto: Fundamentos de Física, Volume 3 & 4 Halliday, Resnick, Walker Livros Técnicos e Científicos (LTC). Programa de Ensino Eletromagnetismo: fluxo magnético, indução eletromagnética, lei de Faraday, força eletromotriz induzida, campo elétrico induzido, exemplos envolvendo indução eletromagnética, indutores, indutância mútua, auto-indutância, determinação de indutâncias, energia magnética, circuitos de corrente variável (RC, RL, LC e RLC), lei de Ampère-Maxwell, corrente de deslocamento, equações de Maxwell. Ondas eletromagnéticas: equação de onda, princípio de Huygens, reflexão, refração, emissão de radiação por cargas aceleradas, espectro eletromagnético, polarização, dispersão. Óptica geométrica: princípio de Fermat, espelhos planos e esféricos, lentes delgadas, prismas, sistemas ópticos, aparelhos ópticos. Óptica física: interferência, difração por fenda dupla, múltipla e simples.

3 Origem do Magnetismo

4 Momento Dipolar Magnético Orbital
(versão pictórica de correntes amperianas) o

5 Orbitais Atômicos

6 Orbitais 3d (l = 2) * sub-níveis : dxz, dyz, dxy, dx2-y2 e dz2.

7 Orbitais 4f (l = 3) orbitais com complexas distribuições radiais

8 Spin do elétron (versão pictórica de rotação) Em relação ao
Up & Down Em relação ao campo magnético Atômico.

9 Magnetic Periodic Table

10 Magnetismo de átomos livres
As ligações químicas tendem a tornar todas as camadas e/ou sub-camadas eletrônicas completas, eliminando os spins « desemparelhados » .

11 Quantidades : B, H e M Magnetização : M = dm/dV no SI a unidade de M é A m-1 Susceptibilidade magnética Permeabilidade magnética Permeabilidade magnética relativa

12 Resposta magnética dos materiais
Diamagnéticos : materiais com todos os spins eletrônicos emparelhados. Paramagnéticos: materiais com spins eletrônicos desemparelhados. Ferromagnéticos: materiais com spins eletrônicos desemparelhados e acoplados via interação de troca quantum-mecânica.

13 Materiais Ferromagnéticos
( T > TC)

14 Ciclo de histerese Br indica quanto forte é um ímã.
HC indica quanto difícil é reverter a magnetização de um imã.

15 Imãs permanentes SmCo - Composto base SmCo5 (1:5 – 2:17)
densidade = 8,3 – 8,5 g/cm3 resistividade = ~ 8,6 x 10-5 Wcm alto custo do Co. NdFeB - Composto base Nd2Fe14B possui densidade = 7,4 – 7,7 g/cm3 resistividade = ~ 14,4 x 10-5 Wcm ótima razão custo/desempenho Ferrites – Compostos (Ba,Sr)Fe12O19 , Y3Fe5O12 , MnOFe2O3 densidade = 4,5 – 5,3 g/cm3 resistividade alta (baixa dissipação) = ~ 104 Wcm AlNiCo – Liga de Al-Ni-Co (Co 35 at%) 15

16 Efeito do campo desmagnetizante
Os ímãs permanentes apresentam campos magnéticos no seu exterior que tendem a desmagnetizá-los pela criação de domínios magnéticos.

17 Exercício: Estime a magnetização do ferro, Fe, cuja densidade molar é 55 g/mol e a densidade é 7,9 g/cm3 resultando n = 8,6 x 1028 átomos/cm3. Adotando um magneton de Bohr , mB, por átomo de Fe : Este valor é cerca da metade do valor experimentalmente observado. o)

18 Magnetismo da Terra Há desvios na declinação Magnética.

19 Campo magnético associado a cargas elétricas em movimento
Lei de Biot-Savart

20 Adotando a corrente convencional :

21 Onde o campo magnético devido ao elemento de corrente é maior ?
Exercício: Onde o campo magnético devido ao elemento de corrente é maior ? D Resp.: D, B, C, A

22 Exercício: Obtenha o campo magnético em P.
Fio ilimitado:

23 Campo magnético no eixo de um anel de corrente

24 Dois casos limites: Campo magnético no centro do anel; i.e., x = 0 : Campo magnético em um ponto muito distante, mas sobre o sobre o eixo do anel; isto é, x >> R :

25 Lei de Ampère

26 Cálculo do campo magnético de um cilíndro condutor percorrido
por uma corrente elétrica uniforme

27 Exercício: Determine o campo magnético em distâncias r1 e r2 do eixo de um tubo metálico de raio R de comprimento ilimitado percorrido por uma corrente elétrica I.

28 Exemplo: confinamento do campo magnético no toróide.

29 Campo magnético de um eletroímã

30 Fluxo Magnético

31 Exercício: espira quadrada no campo magnético de um fio ilimitado.
( ) Caso limite :

32 Lei de Gauss do Magnetismo
Monopólos magnéticos não são observados.

33 Lei de Ampère - Maxwell Comentário: corrente no capacitor
Corrente de deslocamento introduzida por Maxwell para generalizar a lei de Ampère Comentário: corrente no capacitor

34 Campo magnético durante carga (ou descarga) de um capacitor de placas paralelas.

35

36 Lei de Faraday

37 Exercício : Uma f.e.m. é gerada seja por B, A ou q variáveis no tempo, ou combinações deles.

38 Lei de Faraday - Lenz O campo magnético gerado se opõe ao campo magnético que induz a corrente.

39 Exercício: Dado (a) , convença-se dos resultados (b), (c) e (d).

40 Pickups

41 Auto-indutância I aumentando I diminuindo

42 AC Generator

43 Generators & Motors

44 DC Generator

45 Correntes turbilhonares geram dissipação e frenagem magnética.

46 Transformador AC Idealmente não havendo perdas :