Graduação
  1. Mecânica clássica  1.1. dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. movimento de projétil  1.1.4. Velocidade relativa  1.1.5. Movimento circular uniforme  1.1.6. Movimento circular não uniforme  1.1.7. Sistemas de referência e transformações  1.2. Leis de Newton do Movimento  1.2.1. Primeira lei do movimento  1.2.2. Segunda lei do movimento  1.2.3. Terceira Lei do Movimento  1.2.4. Aplicações das Leis de Newton  1.2.5. Atrito e seus tipos  1.2.6. Diagrama de Corpo Livre  1.2.7. Restrições e pseudo-forças  1.3. Trabalho e Energia  1.3.1. trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema trabalho–energia  1.3.3. Energia Cinética  1.3.4. Energia potencial na mecânica clássica  1.3.5. Forças conservativas e não conservativas  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.4. Velocidade e colisões  1.4.1. Momento linear  1.4.2. Conservação do Momento  1.4.3. Impulso e força de impacto  1.4.4. Colisão elástica e inelástica  1.4.5. Centro de massa e velocidade  1.4.6. Propulsão de Foguetes  1.5. Movimento rotacional  1.5.1. Torque e Momento Angular  1.5.2. Momento de inércia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energia Rotacional  1.5.5. Movimento de Rolamento  1.5.6. Precessão e movimento giroscópico  1.6. Força gravitacional  1.6.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.6.2. Energia potencial gravitacional  1.6.3. Mecânica orbital  1.6.4. Leis do movimento planetário de Kepler  1.6.5. Campo gravitacional e potencial  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Pressão e Princípio de Pascal  1.7.2. Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes  1.7.3. Dinâmica dos Fluidos e Princípio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidade e Lei de Poiseuille  1.7.5. Tensão superficial e capilaridade  1.8. Oscilações e ondas  1.8.1. Movimento Harmônico Simples  1.8.2. Oscilações amortecidas e forçadas  1.8.3. Oscilações acopladas e modos comuns  1.8.4. Propriedades e tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras e o Efeito Doppler  1.8.6. Interferência de ondas e superposição
  2. Eletromagnetismo  2.1. Eletrostática  2.1.1. Carga elétrica e propriedades  2.1.2. Lei de Coulomb  2.1.3. Campo elétrico e potencial elétrico  2.1.4. Lei de Gauss  2.1.5. Capacitância e Dielétrico  2.1.6. Dipolo elétrico e energia potencial  2.2. Circuitos Elétricos  2.2.1. Corrente e Resistência  2.2.2. Lei de Ohm  2.2.3. Leis de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuits de CA e Reatância  2.2.6. Energia e potência elétrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos e Forças Magnéticas  2.3.2. Lei de Ampère  2.3.3. Momento de dipolo magnético  2.3.4. Lei de Biot-Savart  2.3.5. Materiais Magnéticos e Histerese  2.4. Indução eletromagnética  2.4.1. Lei de Faraday  2.4.2. Lei de Lenz  2.4.3. Autoindução e indução mútua  2.4.4. Transformadores e circuitos indutivos  2.5. Equações de Maxwell  2.5.1. Lei de Gauss para eletricidade  2.5.2. Lei de Gauss para o magnetismo  2.5.3. Lei da indução de Faraday  2.5.4. Lei de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas eletromagnéticas
  3. Termodinâmica  3.1. Leis da Termodinâmica  3.1.1. Lei Zero da Termodinâmica  3.1.2. Primeira lei da termodinâmica  3.1.3. Segunda Lei  3.1.4. Terceira Lei  3.2. Calor e trabalho  3.2.1. Transferência de calor (condução, convecção, radiação)  3.2.2. Expansão térmica  3.2.3. Motores térmicos e refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot e eficiência  3.3. Mecânica estatística  3.3.1. Distribuição de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropia e Probabilidade  3.3.3. Função de partição  3.3.4. Estatísticas de Fermi–Dirac e Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexão e Refração  4.1.2. Espelhos e lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. Princípio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferência em óptica de ondas  4.2.2. Difração  4.2.3. Polarização  4.2.4. Coerência e holografia
  5. Mecânica quântica  5.1. Dualidade onda-partícula  5.1.1. Radiação de corpo negro na dualidade onda-partícula em mecânica quântica  5.1.2. Efeito Fotoelétrico  5.1.3. Espalhamento Compton  5.1.4. Comprimento de onda de De Broglie  5.2. Equação de Schrödinger  5.2.1. Equação de Schrödinger independente do tempo  5.2.2. Partícula em uma caixa  5.2.3. Túnel Quântico  5.2.4. Poços e barreiras de potencial  5.3. Estados Quânticos  5.3.1. Função de onda  5.3.2. Operadores quânticos  5.3.3. Princípio da incerteza de Heisenberg  5.3.4. Momento angular e spin
  6. Relatividade  6.1. Relatividade especial  6.1.1. Transformações de Lorentz  6.1.2. Expansão do tempo e contração do comprimento  6.1.3. Energia relativística e momento  6.2. Relatividade Geral  6.2.1. Princípio da Equivalência  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionais  6.2.4. Buracos negros e horizontes de eventos
  7. Física do estado sólido  7.1. Estrutura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difração de raios X  7.1.3. Teoria das bandas  7.1.4. Fónons e vibrações da rede  7.2. Propriedades Elétricas e Magnéticas  7.2.1. Condutores, Semicondutores e Isolantes  7.2.2. Supercondutividade  7.2.3. Efeito Hall
  8. Física nuclear e de partículas  8.1. Estrutura Atômica  8.1.1. Modelo Atômico  8.1.2. Energia de ligação nuclear  8.2. Radioatividade  8.2.1. Decaimento alfa, beta, gama  8.2.2. Meia-vida  8.2.3. Fissão e Fusão Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Padrão  8.3.2. Quarks e Léptons  8.3.3. antimatéria  8.3.4. Interações fundamentais
  9. Astrofísica e cosmologia  9.1. Evolução estelar  9.1.1. Formação estelar  9.1.2. Buracos negros e estrelas de nêutrons  9.1.3. Anãs brancas e supernovas  9.2. Cosmologia  9.2.1. The Big Bang Theory  9.2.2. Matéria escura e energia escura  9.2.3. Fundo cósmico de micro-ondas

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Eletrostática


Eletrostática é um ramo da física que estuda cargas elétricas estacionárias. Envolve o estudo de forças, campos e potenciais associados a cargas elétricas estacionárias. Entender eletrostática é fundamental pois estabelece as bases para tópicos mais avançados em eletromagnetismo e desempenha um papel vital em uma variedade de aplicações práticas, desde eletrônicos do dia a dia até processos industriais complexos.

Conceitos básicos de eletrostática

Carga elétrica

Carga elétrica é uma propriedade fundamental da matéria que exerce uma força sobre a matéria quando colocada em um campo elétrico. Existem dois tipos de cargas: positiva e negativa. Cargas de mesmo sinal se repelem, enquanto cargas de sinais opostos se atraem. A unidade de carga elétrica é o coulomb (C).

Carga positiva: +
Carga negativa: -

Lei de Coulomb

A Lei de Coulomb descreve a força entre duas cargas pontuais. Essa força é proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.

F = k * |q1 * q2| / r^2

onde F é a força entre as cargas, k é a constante de Coulomb (aproximadamente 8.99 x 10^9 N m^2/C^2), q1 e q2 são as quantidades de carga, e r é a distância entre as cargas.

Q1 Q2 R

Campo elétrico

O campo elétrico é a região ao redor de um objeto carregado onde sua força elétrica é exercida sobre outras cargas. O campo elétrico E pode ser definido como a força F por unidade de carga q:

E = F / q

A direção do campo elétrico é a direção da força atuando em uma carga de teste positiva colocada no campo. Linhas de campo são usadas para representar o campo; elas apontam para longe das cargas positivas e em direção às cargas negativas.

, Linhas do campo elétrico

Potencial elétrico

O potencial elétrico V em um ponto em um campo elétrico representa a quantidade de trabalho necessária para mover uma unidade de carga positiva de um ponto de referência até aquele ponto. É medido em volts (V).

V = W / q

onde W é o trabalho realizado ao mover a carga q. A diferença de potencial entre dois pontos é frequentemente referida como tensão.

, , Tensão: V

Condutores e isolantes

Em eletrostática, os materiais são geralmente classificados em duas categorias: condutores e isolantes.

Condutor

Condutores são materiais que permitem que cargas elétricas fluam facilmente. Metais como cobre e alumínio são condutores comuns. Os elétrons em condutores se movem livremente, permitindo que o material conduza eletricidade.

Isolante

Isolantes são materiais que não permitem que cargas elétricas fluam facilmente. Exemplos incluem borracha, vidro e plástico. Nos isolantes, os elétrons estão fortemente ligados aos átomos e não podem se mover livremente, tornando esses materiais barreiras eficazes à corrente elétrica.

Capacitância

Capacitância é a capacidade de um sistema de armazenar carga elétrica. O componente básico que representa a capacitância é o capacitor, que consiste em duas placas condutoras separadas por um material isolante chamado dielétrico. A capacitância C é definida como a carga Q armazenada por unidade de tensão V

C = Q / V

A unidade de capacitância é o Farad (F).

Exemplo visual de um capacitor de placas paralelas

placa positiva Placa Negativa

Lei de Gauss

A Lei de Gauss relaciona o fluxo elétrico que passa por uma superfície fechada à carga encerrada por essa superfície. É uma ferramenta poderosa em eletrostática, permitindo o cálculo de campos elétricos de distribuições de carga simétricas.

Φ_E = Q_encerrada / ε_0

Onde Φ_E é o fluxo elétrico, Q_encerrada é a carga total encerrada pela superfície, e ε_0 é a permissividade do espaço livre.

Equações para geometria geral usando a Lei de Gauss

Para uma carga pontual:

E = k * q / r^2

Para uma linha de carga infinita com densidade de carga linear λ:

E = λ / (2 * π * ε_0 * r)

Para um plano de carga infinito com densidade de carga superficial σ:

E = σ / (2 * ε_0)

Aplicações da eletrostática

Eletrostática tem muitas aplicações em tecnologia e indústria. Alguns exemplos comuns incluem:

Precipitador eletrostático

Usado para remover partículas de gases de exaustão industrial, reduzindo assim a poluição. Partículas de poeira e fuligem são carregadas e então coletadas em placas de cargas opostas.

Fotocopiadora

Usa eletrostática para transferir partículas de toner para o papel para criar cópias de documentos. Este processo envolve carregar áreas específicas do cilindro e transferir toner para as áreas carregadas.

Tela sensível ao toque capacitiva

Essas telas, encontradas em muitos smartphones e tablets, usam detecção de toque capacitiva para detectar a presença e a localização de um toque na tela. Esta tecnologia depende de mudanças na capacitância causadas por um dedo ou caneta.

Conclusão

Eletrostática é um campo fascinante e essencial da física que explica o comportamento das cargas em estado estático. Desde princípios básicos como a Lei de Coulomb e campos elétricos até aplicações práticas como telas sensíveis ao toque capacitivas, a eletrostática fornece uma compreensão fundamental de como cargas elétricas interagem e afetam o mundo ao nosso redor. Ao entender esses conceitos, podemos apreciar os avanços tecnológicos e as descobertas científicas impulsionadas pelos princípios da eletrostática.


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