Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

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Campo elétrico e fluxo elétrico


Introdução

No mundo da física, o estudo de campos elétricos e corrente elétrica é fundamental para entender como a eletricidade se comporta, especialmente em condições estáticas ou não variáveis. Quando falamos de eletrostática, essencialmente lidamos com cargas elétricas que não se movem. Nesse contexto, conceitos como campo elétrico e corrente elétrica tornam-se essenciais para explicar o efeito que as cargas elétricas têm no espaço ao seu redor.

O que é campo elétrico?

Um campo elétrico é a área ao redor de um objeto carregado, onde outros objetos carregados experimentam uma força. Pode ser entendido como uma forma de descrever o efeito que uma carga tem no espaço ao seu redor. Imagine que você tenha uma carga positiva e coloque outra pequena carga de teste positiva perto dela. A carga de teste experimentará uma força empurrando-a para longe da carga maior devido ao campo elétrico criado pela carga maior.

Linhas de campo e representação

    Linhas de campo elétrico são linhas ou curvas imaginárias desenhadas de modo que a tangente a elas em qualquer ponto está na direção do vetor campo elétrico naquele ponto.

Considere dois cenários diferentes - carga positiva e carga negativa:

,

A ilustração acima mostra linhas de campo elétrico se movendo para fora de uma carga positiva. Veja o que cada componente significa:

  • Linhas de campo elétrico são contínuas; começam de uma carga positiva e terminam em uma carga negativa.
  • Elas nunca se cruzam.
  • A densidade dessas linhas é proporcional à intensidade do campo - onde o campo é mais forte, essas linhas estão mais próximas.

Intensidade do campo elétrico

A intensidade do campo elétrico em qualquer ponto no espaço é definida como a força experimentada por uma unidade de carga positiva colocada naquele ponto. A fórmula para a intensidade do campo elétrico é:

    E = F / q

Onde:

  • E é a intensidade do campo elétrico.
  • F é a força experimentada pela carga.
  • q é a carga de teste (geralmente uma pequena carga positiva).

A unidade de intensidade do campo elétrico no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o volt por metro (V/m).

Fluxo elétrico

Fluxo elétrico é uma medida do número de linhas de campo elétrico que passam por uma área. Este conceito é semelhante a considerar quanto ar flui por uma armadilha. Se colocarmos a armadilha em uma região mais densa de ar (equivalente a um campo elétrico mais forte), mais ar (ou "fluxo") passará por ela.

Representação matemática do fluxo elétrico

    Φ = E × A × cos(θ)

Onde:

  • Φ é o fluxo elétrico.
  • E é a intensidade do campo elétrico.
  • A é a região através da qual as linhas de campo passam.
  • θ é o ângulo entre as linhas de campo e o normal (perpendicular) à superfície.

Essa fórmula mostra que o fluxo elétrico é maior quando o campo elétrico é mais forte, a área é maior e as linhas de campo são perpendiculares à superfície.

Compreensão através de exemplos

Vamos considerar uma superfície plana colocada em um campo elétrico uniforme:

Nesta visão:

  • As linhas rosas indicam linhas de campo elétrico.
  • A caixa quadrada é a superfície através da qual o fluxo elétrico está sendo medido.

Se a área da superfície estiver orientada perpendicularmente (como mostrado), o ângulo θ é 0 graus, e o fluxo elétrico é máximo.

Lei de Gauss

Uma das leis importantes que se relaciona com campo elétrico e fluxo é a lei de Gauss. Na sua forma mais simples, a lei de Gauss afirma que o fluxo elétrico total através de uma superfície fechada é igual à carga contida naquela superfície dividida pela permissividade do meio:

    Φ_total = Q_enclosed / ε_0

Onde:

  • Φ_total é o fluxo elétrico total passando pela superfície.
  • Q_enclosed é a carga total contida dentro da superfície.
  • ε_0 é a permissividade do espaço livre.

A lei de Gauss é poderosa porque relaciona o campo elétrico na superfície de uma figura imaginária invisível à carga total contida nessa figura.

Aplicações da lei de Gauss

A lei de Gauss ajuda a simplificar cálculos complexos de campo elétrico, especialmente ao trabalhar com distribuições de carga simétricas, tais como:

  • Carga pontual: Todos os cálculos de campo elétrico são grandemente simplificados ao usar a superfície esférica ao redor de uma carga pontual.
  • Distribuição de carga simétrica: Por exemplo, ao redor de uma esfera ou cilindro condutor, a lei de Gauss é frequentemente a maneira mais simples de calcular o campo elétrico.

Nessas situações, as propriedades simétricas nos permitem propor uma superfície gaussiana que simplifica os cálculos.

Resumo e conclusão

Compreender os conceitos de campo elétrico e corrente elétrica é essencial para qualquer pessoa que estuda física. Esses conceitos fornecem a base para entender como objetos carregados afetam seu entorno. O conceito de campo elétrico ajuda a visualizar e calcular as forças em objetos carregados. Em comparação, a corrente elétrica ajuda a medir a extensão desses campos através de certos dispositivos.

A lei de Gauss é um princípio importante que liga o fluxo elétrico à carga contida por uma superfície, permitindo cálculos simplificados em situações simétricas. Uma compreensão clara e aplicação desses conceitos forma a base para estudos mais complexos em eletricidade e magnetismo, que têm implicações de longo alcance na tecnologia e ciência.


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Campo elétrico e fluxo elétrico

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