Manual de Docência das disciplinas de:

Electromagnetismo (novo plano)/Electricidade e Electromagnetismo (plano antigo)

Rui Moreira/José Torres

Faculdade de Ciências e Tecnologia

 

Número de horas do programa: 30 horas

Número de horas semanal: 2 horas

Número de horas por aula: 2 h cada

 

Programa da Disciplina:

1.                  Electrostática.

1.1.            Força e Cargas Eléctricas.

1.2.            Lei de Coulomb.

1.3.            Campo Eléctrico e Linhas de Campo.

1.4.            Distribuições Contínuas de Carga: lineares e superficiais.

1.5.            Dípolo Eléctrico.

Objectivos:

Introduzir a noção de carga eléctrica e suas principais propriedades. Introduzir a noção de campo eléctrico e força eléctrica. Estudar a interacção eléctrica entre cargas pontuais e distribuições de cargas. Introduzir a utilização de linhas de campo eléctrico como meio de representação visual de um campo eléctrico criado por um sistema de cargas eléctricas.

Bibliografia Principal:

·        Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics-Extended, 6th Ed., John Wiley & Sons, 2001 (secções: 22.1-22.6;23.1-23.8 )

·        Jaime E. Villate, Electromagnetismo, McGraw-Hill, Portugal, 1999, ISBN: 972-773-010-8 (secções: 1.1;1.2;1.3;1.4;1.5)

 

2.                  Fluxo Eléctrico e Lei de Gauss.

2.1.            Fluxo de um Campo Eléctrico.

2.2.            Lei de Gauss.

2.3.            Condutores em equilíbrio electrostático.

2.4.            Aplicação da Lei de Gauss: simetria cilíndrica, planar e esférica.

Objectivos:

Introduzir a noção de fluxo eléctrico. Estudar a lei de Gauss e sua aplicação no cálculo de campos eléctricos. Utilizar a lei de Gauss e de volumes Gaussianos para o cálculo do campo eléctrico de sistemas com simetria. Estudar o campo eléctrico dentro de um volume condutor em equilíbrio electrostático.

Bibliografia Principal:

·        Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics-Extended, 6th Ed., John Wiley & Sons, 2001 (secções: 24.1-24.9)

·        Jaime E. Villate, Electromagnetismo, McGraw-Hill, Portugal, 1999, ISBN: 972-773-010-8 (secções: 2.1;2.2;2.3)

 

3.                  Potencial Eléctrico.

3.1.            Trabalho e Energia.

3.2.            Diferença de Potencial Electrostático.

3.3.            Gradiente de Potencial e Superfícies Equipotenciais.

3.4.            Cálculo de Potencial Eléctrico.

3.5.            Potencial e carga nos condutores.

Objectivos:

Introduzir a noção de potencial eléctrico, de trabalho, energia potencial e energia cinética. Estudar o campo eléctrico como sendo um campo conservativo e introduzir a noção de diferença de potencial electrostático. Estudar a noção de superfícies equipotenciais. Calcular o potencial eléctrico a partir de uma distribuição de cargas. Estudar o potencial e carga eléctrica em condutores em equilíbrio electrostático.

Bibliografia Principal:

·        Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics-Extended, 6th Ed., John Wiley & Sons, 2001 (secções: 25.1-25.11)

·        Jaime E. Villate, Electromagnetismo, McGraw-Hill, Portugal, 1999, ISBN: 972-773-010-8 (secções: 3.1;3.2;3.3;3.4;3.5;3.6)

 

4.                  Capacidade.

4.1.            Capacidade Eléctrica.

4.2.            Condensadores.

4.3.            Energia Electrostática.

4.4.            Energia Armazenada num Condensador.

4.5.            Dieléctricos.

Objectivos:

Estudar o fenómeno de acumulação de carga em condutores e a capacidade electrostática. Introduzir a noção de condensador apresentando os tipos mais comuns de condensadores. Estudar a energia electrostática de um sistema de cargas. Introduzir o cálculo da energia armazenada num condensador. Estudar a utilização de dieléctricos em condensadores e como se relacionam com a capacidade do condensador.

Bibliografia Principal:

·        Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics-Extended, 6th Ed., John Wiley & Sons, 2001 (secções: 26.1-26.7)

·        Jaime E. Villate, Electromagnetismo, McGraw-Hill, Portugal, 1999, ISBN: 972-773-010-8 (secções: 5.1;5.2;5.3;5.4;5.5)

 

5.                  Corrente Eléctrica e Circuitos Eléctricos.

5.1.            Movimento de cargas eléctricas, corrente e densidade de corrente eléctrica.

5.2.            Resistência, resistividade e Lei de Ohm.

5.3.            Resistência e Temperatura.

5.4.            Energia Dissipada num Condutor e Lei de Joule.

5.5.            Circuitos Equivalentes.

5.6.            Associação de Resistências e Condensadores.

5.7.            Energia nos Circuitos.

5.8.            Leis de Kirchhoff.

5.9.            Circuito RC.

5.10.        Aparelhos de medida: Amperímetros, Voltímetros e Ohmímetros.

Objectivos:

Estudar o fenómeno da corrente eléctrica como um movimento de cargas eléctricas. Introduzir a noção de densidade de corrente eléctrica. Introduzir a noção de resistência, resistividade e sua variação com a temperatura. Estudar a lei de Ohm. Apresentar a noção de circuito eléctrico e estudar métodos de associação de resistências e condensadores para obtenção de circuitos equivalentes. Estudar a energia dissipada em circuitos eléctricos e introduzir as leis de Kirchhoff. Estudar circuitos RC. Apresentar aparelhos de medida: Amperímetros, Voltímetros e Ohmímetros

Bibliografia Principal:

·        Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics-Extended, 6th Ed., John Wiley & Sons, 2001 (secções: 27.1-27.5;27.7;28.1-28.8)

·        Jaime E. Villate, Electromagnetismo, McGraw-Hill, Portugal, 1999, ISBN: 972-773-010-8 (secções: 6.1;6.2;6.3;6.5;7.1;7.2;7.3;7.4;7.5;7.6;7.7)

 

6.                  Campo Magnético e Magnetostática.

6.1.            Campo de Indução Magnética.

6.2.            Força Magnética Sobre Um Condutor com Corrente Eléctrica.

6.3.            Força de Lorentz: partículas no seio de campos eléctricos e magnéticos.

6.4.            Lei de Biot Savart : Campo Magnético Criado por uma Corrente Eléctrica.

6.5.            Força Magnética entre Fios com Corrente Eléctrica.

6.6.            Lei de Ampère.

6.7.            Linhas de Indução Magnética.

Objectivos:

Introduzir a noção de campo de indução magnética. Estudar a força magnética sobre um condutor com corrente eléctrica. Estudar o comportamento de partículas no seio de campos eléctricos e magnéticos. Estudar o campo magnético criado por uma corrente eléctrica. Deduzir a força magnética entre fios com corrente eléctrica. Introduzir a lei de Ampère. Apresentar a noção de linhas de indução magnética.

Bibliografia Principal:

·        Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics-Extended, 6th Ed., John Wiley & Sons, 2001 (secções: 29.1-29.3;29.7-29.9;30.1-30.5)

·        Jaime E. Villate, Electromagnetismo, McGraw-Hill, Portugal, 1999, ISBN: 972-773-010-8 (secções: 8.1;8.2;8.3;8.4;9.1;9.2;9.3;9.4;9.5)

 

7.                  Indução Electromagnética.

7.1.            Fluxo magnético e Lei de Faraday.

7.2.            Lei de Lenz.

7.3.            Indução e transferências de energia.

7.4.            Indutâncias.

7.5.            Indução Mutua e Auto-Indução.

Objectivos:

Introduzir a noção de fluxo magnético e apresentar a lei de Faraday. Estudar a lei de Lenz. Introduzir a noção de indução electromagnética e fenómenos de transferência de energia. Introduzir a noção de indutância, indução mutua e auto-indução.

Bibliografia Principal:

·        Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics-Extended, 6th Ed., John Wiley & Sons, 2001 (secções: 31.1-31.12)

·        Jaime E. Villate, Electromagnetismo, McGraw-Hill, Portugal, 1999, ISBN: 972-773-010-8 (secções: 10.1;10.3;10.7)

 

Teaching Manual for Electromagnetism/Electricity and Electromagnetism

 

Course Duration: 30 horas

Week schedule: 2 horas

Hours per class: 2 h cada

 

Course syllabus:

1.                  Electrostatic.

1.1.            Electric Charge and Electric Force.

1.2.            Coulomb’s Law.

1.3.            Electric field and field Lines.

1.4.            Continuous Charge Distributions: linear and superficial.

1.5.            Electric Dipole.

Purpose:

Introduce the notion of electrical charge and its main properties. Introduce the notion of electrical field and electric force. Study the interaction between point charges and between charge distributions. To introduce the use of electric field lines as a mean to visually represent the electric field created by a system of electric charges.

Main Bibliography:

·        Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics-Extended, 6th Ed., John Wiley & Sons, 2001 (sections: 22.1-22.6;23.1-23.8)

·        Jaime E. Villate, Electromagnetismo, McGraw-Hill, Portugal, 1999, ISBN: 972-773-010-8 (sections: 1.1;1.2;1.3;1.4;1.5)

 

2.                  Electric Flux and Gauss’s Law.

2.1.            Flux of an Electric Field.

2.2.            Gauss’s Law.

2.3.            Charged Isolated Conductors.

2.4.            Applying Gauss’s Law: cylindrical, planar and spherical symmetry.

Purpose:

Introduce the notion of electric flux. Study the Gauss’s law and its application in calculating electric fields. Use of Gauss’s law and Gaussian volumes to calculate electric fields in systems with symmetry. Study the electric field inside a charged isolated conductor in equilibrium.

Main Bibliography:

·        Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics-Extended, 6th Ed., John Wiley & Sons, 2001 (sections: 24.1-24.9)

·        Jaime E. Villate, Electromagnetismo, McGraw-Hill, Portugal, 1999, ISBN: 972-773-010-8 (sections: 2.1;2.2;2.3)

 

3.                  Electric Potential.

3.1.            Work and Energy.

3.2.            Electric Potential.

3.3.            Equipotential Surfaces.

3.4.            Calculating the Potential from the Field and the Field from the Potential.

3.5.            Potential of a Charged Isolated Conductor.

Purpose:

Introduce the notion of electric potential, work, potential and kinetic energy. Study the electric field as a conservative field and introduce the notion of electrical potential difference. Study the notion of equipotential surfaces. Introduce the calculus of the electric potential for a charge distribution. Study of the electric potential and electric charge distribution inside a charged isolated conductor in equilibrium.

Main Bibliography:

·        Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics-Extended, 6th Ed., John Wiley & Sons, 2001 (sections: 25.1-25.11)

·        Jaime E. Villate, Electromagnetismo, McGraw-Hill, Portugal, 1999, ISBN: 972-773-010-8 (sections: 3.1;3.2;3.3;3.4;3.5;3.6)

 

4.                  Capacitance.

4.1.            Calculating the Capacitance.

4.2.            Capacitors.

4.3.            Electrostatic Energy.

4.4.            Energy stored in an Electric Field.

4.5.            Dielectrics.

Purpose:

Study of the phenomenon of charge accumulation inside conductors and the notion of electrostatic capacity. Introduce the notion of capacitor and presentation of the most common types of capacitors. Study the electrostatic energy of a system of electric charges. Introduce the calculus of the stored energy in a capacitor. Study of the use of dielectrics in capacitors and the way they relate with the capacitor’s capacity.

Main Bibliography:

·        Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics-Extended, 6th Ed., John Wiley & Sons, 2001 (sections: 26.1-26.7)

·        Jaime E. Villate, Electromagnetismo, McGraw-Hill, Portugal, 1999, ISBN: 972-773-010-8 (sections: 5.1;5.2;5.3;5.4;5.5)

 

5.                  Electrical Current and Electric Circuits.

5.1.            Moving charges, Electric Current and Current Density.

5.2.            Resistance, resistivity and Ohm’s Law.

5.3.            Resistance and Temperature.

5.4.            Energy and Power in Electric Circuits.

5.5.            Equivalent Circuits.

5.6.            Series and Parallel association of Resistances and Capacitors.

5.7.            Circuit Energy.

5.8.            Kirchhoff’s Laws.

5.9.            RC Circuits.

5.10.        Measure devices: Ammeter, Voltmeter and Ohmmeter.

Purpose:

Study of the phenomenon of electric current as a movement of electric charges. Introduce the notion of electric density. Introduce the notion of resistor, resistivity and its variation with temperature. Study of Ohm’s law. Presentation of the notion of electric circuit and study of rules of association of resistors and capacitors to obtain equivalent electric circuits. Study the energy dissipated in electric circuits and introduction of Kirchhoff’s laws. Study of RC circuits. Presentation of measuring devices: Ammeter, Voltmeter e Ohmmeter

Main Bibliography:

·        Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics-Extended, 6th Ed., John Wiley & Sons, 2001 (sections: 27.1-27.5;27.7;28.1-28.8)

·        Jaime E. Villate, Electromagnetismo, McGraw-Hill, Portugal, 1999, ISBN: 972-773-010-8 (sections: 6.1;6.2;6.3;6.5;7.1;7.2;7.3;7.4;7.5;7.6;7.7)

 

6.                  Magnetic Field and Magnetostatic.

6.1.            Magnetic Induction Field.

6.2.            Magnetic Force on a Current-carrying Conductor.

6.3.            Lorentz Force: charges in electrical and magnetic Fields.

6.4.            Biot Savart’s Law : Magnetic Field due to a Current.

6.5.            Magnetic Force between parallel current-carrying conductors.

6.6.            Ampere’s Law.

6.7.            Magnetic Induction Field Lines.

Purpose:

Introduce the notion of magnetic field. Study the magnetic force on a current-carrying conductor. Study the behaviour of charges in electrical and magnetic fields. Study the magnetic field due to a current. Deduce the magnetic force between parallel current-carrying conductors. Introduce the Ampere’s law. Present the notion of magnetic induction field lines.

Main Bibliography:

·        Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics-Extended, 6th Ed., John Wiley & Sons, 2001 (sections: 29.1-29.3;29.7-29.9;30.1-30.5)

·        Jaime E. Villate, Electromagnetismo, McGraw-Hill, Portugal, 1999, ISBN: 972-773-010-8 (sections: 8.1;8.2;8.3;8.4;9.1;9.2;9.3;9.4;9.5)

 

7.                  Electromagnetic Induction.

7.1.            Magnetic Flux and Faraday’s Law of Induction.

7.2.            Lenz’s Law.

7.3.            Induction and Energy transfers.

7.4.            Inductance.

7.5.            Mutual Induction and Self-Induction.

Purpose:

Introduce the notion of magnetic flux and the Faraday’s Law of Induction. Study the Lenz’s Law. Introduce the notion of electromagnetic induction and energy transfers. Introduce the notion of inductance, mutual induction and self-induction.

Main Bibliography:

·        Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics-Extended, 6th Ed., John Wiley & Sons, 2001 (sections: 31.1-31.12)

·        Jaime E. Villate, Electromagnetismo, McGraw-Hill, Portugal, 1999, ISBN: 972-773-010-8 (sections: 10.1;10.3;10.7)