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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Leis de Faraday e Lenz


No campo da física, particularmente no estudo da eletricidade e do magnetismo, duas teorias importantes nos ajudam a entender a interação entre campos magnéticos e correntes elétricas. Estas são a lei de indução eletromagnética de Faraday e a lei de Lenz. Ambas são pilares do eletromagnetismo e têm uma ampla variedade de aplicações no mundo moderno, desde a operação de geradores elétricos até o funcionamento de transformadores.

Lei de indução eletromagnética de Faraday

Michael Faraday descobriu que mudanças no campo magnético dentro de um circuito fechado de fio podem induzir uma força eletromotriz (FEM) no fio. Este fenômeno é descrito pela lei de Faraday, que é importante para entender como correntes elétricas podem ser geradas por campos magnéticos. De acordo com a lei de Faraday, a FEM induzida em um circuito é diretamente proporcional à taxa de mudança do fluxo magnético através do circuito.

FEM = -dΦ/dt

Nesta fórmula, FEM representa a força eletromotriz induzida, dΦ representa a alteração no fluxo magnético, e dt é a alteração no tempo.

Fluxo magnético

Fluxo magnético (Φ) é uma medida do número de linhas de campo magnético passando através de uma área específica. É calculado usando a seguinte fórmula:

Φ = B * A * cos(θ)

Onde:

  • B é o campo magnético (T) em Tesla.
  • A é a área em metros quadrados (m²) através da qual as linhas passam.
  • θ é o ângulo entre as linhas de campo magnético e a perpendicular à superfície, expressa em graus ou radianos.

Para visualizar o fluxo magnético, imagine as linhas de campo magnético como o fluxo de um rio. O fluxo magnético representa então quanto deste fluxo está passando através de uma rede colocada no rio. Se a rede é perpendicular ao fluxo (ou seja, na direção direta do fluxo), o máximo de fluxo passa por ela. Se a rede é colocada paralela ao rio, menos linhas passam através, indicando menos fluxo.

No diagrama acima, as setas azuis representam linhas de campo magnético que cruzam uma área retangular perpendicular a elas. Aqui o fluxo magnético está no seu máximo.

Compreendendo a lei de Lenz

A lei de Lenz trabalha em conjunto com a lei de Faraday, determinando a direção da fem e da corrente induzida como resultado de mudanças em campos magnéticos. Foi formulada por Heinrich Lenz em 1834, afirmando que uma corrente induzida aparecerá em um circuito condutor fechado na direção que se opõe à mudança do fluxo magnético que a produz.

O sinal negativo na equação da lei de Faraday FEM = -dΦ/dt representa a lei de Lenz. Esta lei é consistente com a lei da conservação da energia, assegurando que a FEM induzida produza uma corrente que se opõe à mudança no campo magnético.

Ilustração da lei de Lenz

Para entender melhor a lei de Lenz, tome um exemplo simples de um ímã e uma bobina:

  • Se o pólo norte de um ímã está se movendo em direção à bobina, o campo magnético através da bobina aumenta. De acordo com a lei de Lenz, a corrente induzida fluirá de tal maneira que seu próprio campo magnético se oporá a esse aumento. Isso significa que a bobina terá seu pólo norte voltado para o pólo norte do ímã, o que repelirá o ímã que se aproxima.
  • Inversamente, se o pólo norte do ímã está se afastando da bobina, o campo magnético através da bobina diminui. A corrente induzida produzirá um campo magnético em tal direção para se opor a essa queda. Desta vez, a bobina produzirá um pólo sul voltado para o pólo norte repelente do ímã, efetivamente atraindo-o.
N

Com este diagrama, veja como as linhas de campo magnético de um ímã de pólo norte interagem com a bobina. Se a bobina ou os ímãs se moverem (seja em direção ou para longe um do outro), a direção da corrente muda de acordo com a lei de Lenz, que se opõe a esse movimento.

Aplicações das leis de Faraday e Lenz

Ambas as leis desempenham um papel integral na tecnologia moderna. Vamos examinar algumas das principais aplicações:

Gerador elétrico

Um gerador elétrico converte energia mecânica em energia elétrica por meio da rotação de uma bobina em um campo magnético. À medida que a bobina gira, o fluxo magnético muda com o tempo, induzindo uma FEM (conforme descrito pela lei de Faraday). A direção da corrente induzida, que é consistente com a lei de Lenz, assegura que a energia não seja criada ou perdida, mas apenas transformada.

Transformadores

Transformadores desempenham um papel vital na transmissão de energia. Eles funcionam com os princípios da lei de Faraday. Quando uma corrente alternada passa pela bobina primária, ela produz uma mudança no campo magnético, que induz uma tensão na bobina secundária. A direção e a magnitude dessa tensão induzida seguem a lei de Lenz e são controladas para garantir uma transferência eficiente de energia.

Correntes de Foucault

Quando um condutor passa através de um campo magnético ou quando o campo magnético ao redor de um condutor estacionário muda, correntes de Foucault são induzidas dentro do condutor. Essas correntes criam campos magnéticos que se opõem à mudança de acordo com a lei de Lenz. Correntes de Foucault são usadas em aquecimento por indução e sistemas de frenagem em trens.

Conclusão

As leis de Faraday e Lenz são princípios fundamentais do eletromagnetismo que explicam como correntes elétricas podem ser geradas a partir de campos magnéticos variáveis. Através dessas leis, entendemos as interações fundamentais entre campos elétricos e magnéticos, cuja explicação ilumina muitos fenômenos naturais e fornece soluções para problemas técnicos em engenharia e na vida cotidiana. Suas aplicações abrangem uma variedade de dispositivos e tecnologias que formam a espinha dorsal da civilização moderna, continuando a influenciar avanços na maneira como aproveitamos e usamos a energia.


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