Apresentação do professor, do programa da cadeira, dos métodos de avaliação e da bibliografia.

Alertaram-se os alunos para que a avaliação incluirá uma componente de avaliação contínua, que vale 25%. O exame final vale 75%.

Marcaram-se datas para os 5 testes a realizar ao longo do semestre, durante aulas TP (quinta-feira): 28/02, 13/03, 3/04, 24/04 e 5/06.

 

 

- Introdução à Electrostática.
- Carga eléctrica - quantização, conservação, unidades.
- Condutores, isoladores e semicondutores - exemplos.
- Carga por condução e por indução - exemplos.
- Lei de Coulomb. Princípio de sobreposição de forças entre cargas pontuais. Exemplo.

Cap. 22 de Tipler: secções 22-1, 22-2, 23-3.

 

 

- O campo eléctrico - noção de carga de prova, equação de definição do campo, unidades no sistema SI.
- Campo eléctrico de uma carga pontual e de uma distribuição de cargas pontuais.
Exemplos.

Cap. 22 de Tipler: secção 22-4.

 

 

- Linhas de campo eléctrico ou linhas de força. Exemplos para cargas pontuais isoladas e para sistemas de 2 cargas pontuais em interacção.
- Dipolo eléctrico e momento dipolar eléctrico.
- Movimento de cargas pontuais em campos eléctricos.
- Movimento de um dipolo eléctrico num campo eléctrico externo uniforme.

Cap. 22 de Tipler: secções 22-5, 22-6, 22-7.

 

 

- Revisão do conceito de força conservativa. Exemplo da força electrostática.
- Variação da energia potencial electrostática.
- Diferença de potencial entre dois pontos. Unidades do potencial eléctrico. Variação do potencial e orientação das linhas de campo eléctrico.
- Potencial eléctrico devido a uma carga pontual e a uma distribuição de cargas pontuais.
- Determinação do campo eléctrico a partir do potencial.

Cap. 24 de Tipler: secções 24-1, 24-2, 24-3.

 

 

- Campo eléctrico de uma distribuição contínua de cargas. Distribuições de carga volumétricas, superficiais e lineares.
- Cálculo do campo eléctrico a partir da Lei de Coulomb nos seguintes casos:
i) campo sobre o eixo de uma linha finita carregada;
ii) campo devido a uma linha infinita de carga;
iii) campo sobre o eixo de um anel carregado;
iv) campo sobre o eixo de um disco carregado;

Cap. 23 de Tipler: secção 23-1.

 

 

- Campo eléctrico de uma distribuição contínua de cargas (continuação):
i) campo devido a um plano infinito de carga;
ii) campo devido a uma distribuição esféricamente simétrica de carga.
- Condutores em equilíbrio electrostático. Distribuição de carga e campo eléctrico no interior e na superfície de condutores em equilíbrio.
- O potencial eléctrico devido a distribuições contínuas de carga. Aplicação: determinação do potencial nos pontos do eixo de um anel carregado.
- O potencial eléctrico de condutores.
- Orientação relativa das superfícies equipotenciais e das linhas de campo.

Cap. 23 de Tipler: secções 23-1(cont.) e 23-5.
Cap. 24 de Tipler: secções 24-4 e 24-5.

 

 

- Energia potencial electrostática de um sistema de cargas pontuais, de um condutor isolado e de um sistema de condutores.
- Capacidade de um condutor isolado. O Farad.
- Condensadores e capacidade de um condensador.
- O condensador plano ou de placas paralelas. Determinação da capacidade do condensador plano.
- Energia potencial electrostática armazenada num condensador.
- Combinação de condensadores: condensadores em paralelo.

Cap. 25 de Tipler: secções 25-1, 25-2, 25-3, 25-4.

 

 

- Combinação de condensadores: condensadores em série.
- Força entre as placas de um condensador de placas paralelas.
- Dieléctricos: exemplos de materiais dieléctricos, polarização de um dieléctrico, constante dieléctrica, permitividade do dieléctrico, utilização de dieléctricos em condensadores.
- Corrente eléctrica: sentido convencional, intensidade da corrente, o Ampere.
- Corrente contínua e estacionária em condutores metálicos filiformes.

Cap. 25 de Tipler: secções 25-4 (continuação), 25-6.
Cap. 26 de Tipler: secções 26-1.

 

 

- Relação entre intensidade de corrente e velocidade limite dos transportadores de carga.
- Resistência eléctrica de um condutor: o Ohm, condutores óhmicos e não óhmicos, lei de Ohm, resistência de um fio condutor, variação da resistividade com a temperatura.
- Lei de Joule.
- Geradores de corrente contínua: força electromotriz de um gerador, potência fornecida pelo gerador, geradores ideais, resistência interna de um gerador.
- Combinação de resistências: resistências em série e em paralelo.

Cap. 26 de Tipler: secções 26-1 (continuação), 26-2, 26-3, 26-4.

 

 

- Geradores, resistências e condensadores em circuitos de corrente contínua. Identificação de malhas, ramos e nodos.
- Leis de Kirchhoff: lei das malhas e lei dos nodos. O sentido da corrente e o sentido da circulação. Identificação do sinal algébrico da variação de potencial através de um gerador, uma resistência e um condensador.
- Galvanómetros, amperímetros e voltímetros. Amperímetros e voltímetros ideais.
- Circuitos RC. Carga de um condensador através de uma resistência.

Cap. 26 de Tipler: secções 26-5 e 26-6.

 

 

- O campo magnético - os seus efeitos (sobre magnetes e cargas eléctricas em movimento).
- Pólos Norte e Sul de um magnete. Visualização das linhas de campo magnético, com limalha de ferro, nas proximidades de um magnete e de um fio rectilíneo de corrente.
- Força exercida por um campo magnético sobre uma carga eléctrica pontual em movimento. Revisão da regra da mão direita para determinação da direcção e sentido da força magnética. Unidades do campo magnético: o Tesla (T) e o Gauss (G). Ordens de grandeza de campos magnéticos de diferentes origens.
- Força exercida por um campo magnético sobre um elemento de fio de corrente e sobre um fio condutor rectilíneos de corrente.
- Movimento de uma carga pontual num campo magnético uniforme.

Cap. 28 de Tipler: secções 28-1 e 28-2.

 

 

- Movimento de uma carga pontual num campo magnético uniforme (continuação). Trajectória circular quando a velocidade da partícula é perpendicular ao campo. Raio da órbita circular, período de ciclotrão. Trajectória helicoidal quando existe uma componente da velocidade paralela ao campo.
- Uma carga em movimento sob a acção conjunta de um campo eléctrico e de um campo magnético. Força de Lorentz.
- Movimento de uma espira de corrente num campo magnético uniforme. Momento das forças magnéticas sobre a espira. Momento dipolar magnético da espira. Aplicação em motores eléctricos.

Cap. 28 de Tipler: secções 28-2 (continuação) e 28-3.

 

 

- Fontes do campo magnético.
- Campo magnético criado por cargas pontuais em movimento.
- Campo magnético criado por correntes. Lei de Biot-Savart. Exemplos de aplicação: campo magnético criado por um anel circular de corrente num ponto do seu eixo; campo magnético criado por uma corrente rectilínea num ponto a uma certa distância do eixo da corrente.
- Forças entre correntes. Força por unidade de comprimento entre correntes rectilíneas, longas e paralelas. Caso de correntes com o mesmo sentido e de correntes com sentidos opostos.

Cap. 29 de Tipler: secções 29-1 e 29-2.

 

 

- Indução magnética. Força electromotriz e corrente induzidas em fios condutores. Exemplos: um magnete a aproximar-se duma espira condutora com um amperímetro; um circuito com gerador a aproximar-se duma espira condutora com um amperímetro; um circuito de corrente a fechar-se ou a abrir-se, efeitos sobre uma espira com um amperímetro; uma espira com um amperímetro a rodar nas proximidades de um circuito de corrente.
- Relação com a variação do fluxo do campo magnético através da superfície limitada pela espira condutora. Lei de Faraday e lei de Lenz.
- Óptica: a luz como radiação electromagnética; velocidade de propagação da luz no vazio; comprimentos de onda na gama do visível; o Angstrom.
- Princípios e leis da Óptica Geométrica. Índice de refracção de um meio, reflexão e refracção.

Cap. 30 de Tipler: secções 30-1, 30-2 e 30-3.
Cap. 33 de Tipler: secções 33-5 e 33-6.

 

 

- Enunciado dos princípios de Huygens e de Fermat para a propagação da luz.
- Mecanismos físicos para a reflexão e a refracção - discussão qualitativa.
- Reflexão especular e difusa.
- Intensidade relativa da luz reflectida e transmitida, para incidência normal.
- Reflexão interna total: aplicação em prismas de reflexão total e fibras ópticas.

Cap. 33 de Tipler: secções 33-5 e 33-6 (continuação).

 

 

- Variação da velocidade de propagação da luz em camadas de ar a diferentes temperaturas: as miragens.
- Materiais que apresentam uma dependência do índice de refracção com o comprimento de onda: dispersão.
- Imagens ópticas: aplicação do modelo de raio luminoso e dos princípios e leis da óptica geométrica à formação de imagens por sistemas ópticos.
- Objectos e imagens, reais e virtuais.
- Eixo e vértice do sistema óptico.
- Espelhos planos: diagrama de raios para obtenção da imagem virtual, direita, não ampliada.
- Espelhos esféricos. Aberração óptica. Aproximação dos raios centrais ou paraxiais. Foco de um espelho côncavo e de um espelho convexo. Distância focal e raio de curvatura do espelho. Raios principais para espelhos esféricos.

Cap. 33 de Tipler: secção 33-6 (continuação).
Cap. 34 de Tipler: secção 34-1.

 

 

- Obtenção da equação dos espelhos. Convenção de sinais algébricos para as grandezas intervenientes.
- Amplificação linear da imagem dada por um espelho esférico.
- Utilização dos diagramas de raios e da equação dos espelhos para caracterização das imagens de um espelho côncavo: reais ou virtuais, direitas ou invertidas, ampliadas ou reduzidas.
- Utilização dos diagramas de raios e da equação dos espelhos para caracterização das imagens de um espelho convexo: virtuais, direitas e reduzidas.
- Dioptros planos e esféricos.
- Imagens formadas por refracção num dioptro esférico. Aproximação dos raios paraxiais. Obtenção da equação de Gauss para um dioptro. Convenção de sinais para refracção num dioptro.

Cap. 34 de Tipler: secção 34-1 (continuação) e 34-2.

 

 

- Amplificação linear da imagem dada por um dioptro.
- Profundidade aparente e amplificação linear de um objecto debaixo de água (aproximação dos raios paraxiais).
- Lentes. Lentes convergentes (ou positivas) e lentes divergentes (ou negativas). Exemplos. Lentes ideais. Símbolos utilizados.
- Obtenção da equação das lentes ideais. Convenção de sinais algébricos.
- Focos de uma lente ideal, convergente ou divergente: foco objecto ou primeiro ponto focal, foco imagem ou segundo ponto focal. Sinais algébricos para as abcissas dos focos.

Cap. 34 de Tipler: secção 34-2 (continuação).

 

 

- Plano focal de uma lente.
- Potência ou vergência de uma lente.
- Diagramas de raios para lentes ideais. Raios principais das lentes convergentes e divergentes. Amplificação linear de uma lente.
- Combinação de lentes. Potência equivalente.
- Aberrações ópticas: aberrações geométricas e aberrações cromáticas.
- O olho humano como instrumento óptico. Constituição do olho, funcionamento do olho normal, ponto remoto e ponto próximo. O olho hipermétrope e o olho míope. Utilização de lentes de correcção.

Cap. 34 de Tipler: secções 34-2 (continuação), 34-3 e 34-4.

 

 

- Instrumentos ópticos. Tamanho aparente de um objecto.
- Funcionamento de uma lupa. Amplificação angular da observação e amplificação angular intrínseca da lupa.
- Constituição e funcionamento do microscópio. Amplificação intrínseca do microscópio.
- Constituição e funcionamento do telescópio. Amplificação intrínseca do telescópio.

Cap. 34 de Tipler: secção 34-4 (continuação).

 

 

- Carácter ondulatório da luz. Função de onda para os campos electromagnéticos.
- Diferença de fase e coerência.
- Experiência de Young. Princípio de Huygens. Padrão de interferência da luz proveniente de duas fontes coerentes. Localização dos máximos e zeros de interferência.
- Padrão de difracção para uma fenda única. Localização dos zeros de interferência.
- Difracção de raios-X. Condição de Bragg.

Cap. 35 de Tipler: secções 35-1, 35-3 e 35-4.

 

 

- Modelo de Thomson para o átomo. A experiência de Rutherford. Dimensões do núcleo atómico. Interacção forte.
- Constituição dos núcleos. Número de massa e número atómico. Isótopos e isóbaros.
- Tamanho e forma dos núcleos.
- Número de neutrões e número de protões em núcleos leves e em núcleos pesados.
- Massa e energia de ligação do núcleo. Unidade de massa atómica. Relação de Einstein para a energia de uma massa em repouso. Variação da energia de ligação por nucleão com o número de massa.

Cap. 40 de Tipler: secção 40-1.

 

 

- Núcleos radioactivos. Constante de decaimento, taxa de decaimento, lei de decaimento radioactivo.
- Analogia com a descarga de um condensador através de uma resistência.
- Tempo de vida média e tempo de meia-vida.
- Unidades de actividade radioactiva: o becquerel (Bq) e o curie (Ci).
- Decaimento beta. O decaimento do carbono-14 como exemplo de decaimento β-. Datação por carbono-14.
- Decaimento gama.

Cap. 40 de Tipler: secção 40-2.

 

 

- Decaimento alfa. As séries radioactivas naturais: série do Tório, série do Urânio e série do Actínio.
- Interacção da radiação com tecidos vivos. O gray. Valores numéricos de doses comuns.
- Reacções nucleares: decaimentos radioactivos, reacções de fusão e reacções de fissão ou cisão. Exemplos.
- Lei de conservação da energia numa reacção nuclear. Valor Q da reacção. Reacções exotérmicas e endotérmicas.

Cap. 40 de Tipler: secções 40-2 (continuação), 40-3 e 40-4.

 

 

Resolução de exercícios sobre radioactividade.
Exercícios 1, 2 e 3 da Folha 7 de problemas.