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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Eletromagnetismo


O eletromagnetismo é um ramo da física que estuda as interações entre cargas elétricas e campos magnéticos. Ele explica uma ampla gama de fenômenos físicos e é fundamental para entender como muitas tecnologias do dia a dia funcionam, desde motores a lâmpadas e telefones celulares. O assunto é crucial para o desenvolvimento de várias tecnologias e desempenha um papel vital em nossa compreensão do universo.

Conceitos básicos

Para compreender os conceitos de eletromagnetismo, é necessário começar com as definições básicas de carga elétrica, campo elétrico, campo magnético e força eletromagnética. Vamos entender cada um desses conceitos em detalhes.

Carga elétrica

A carga elétrica é uma propriedade fundamental da matéria. Existem dois tipos de carga elétrica: positiva e negativa. Cargas iguais se repelem, e cargas diferentes se atraem. A carga líquida de um objeto é determinada pelo equilíbrio entre cargas positivas (prótons) e negativas (elétrons).

Um exemplo cotidiano de carga elétrica é a eletricidade estática. Quando você esfrega um balão no seu cabelo, a carga elétrica transferida entre o cabelo e o balão pode fazer com que ele grude na parede.

Campo elétrico

Um campo elétrico é a região em torno de um objeto carregado onde outras cargas experimentam uma força. A intensidade e a direção do campo elétrico são representadas por linhas de campo elétrico que emanam de cargas positivas e convergem em cargas negativas.

O campo elétrico E em qualquer ponto do espaço pode ser definido usando a seguinte fórmula:

E = F/q

onde F é a força agindo sobre uma pequena carga de teste positiva q.

Exemplo visual: campo elétrico

Aqui está uma representação simples das linhas de campo elétrico em torno de cargas positivas e negativas:

+-

Campo magnético

O campo magnético é produzido por cargas elétricas em movimento, como corrente elétrica, e é representado por linhas de campo magnético. Essas linhas formam loops fechados e nunca começam ou terminam em um ponto. A direção do campo magnético é tangente às linhas de campo.

O campo magnético da Terra é um exemplo típico que experimentamos todos os dias. As bússolas o utilizam para indicar o norte.

Força eletromagnética

A força eletromagnética é uma combinação de forças elétricas e magnéticas em uma partícula carregada devido a campos eletromagnéticos. Essa interação fundamental ocorre entre partículas que carregam carga elétrica.

A força F experimentada por uma carga q movendo-se com velocidade v em um campo magnético B é dada pela equação da força de Lorentz:

F = q(E + v × B)

onde × denota o produto vetorial.

Ondas eletromagnéticas

Ondas eletromagnéticas são ondas que possuem componentes de campo elétrico e magnético. Elas se propagam pelo espaço à velocidade da luz e não necessitam de nenhum meio para se deslocarem.

Exemplos de ondas eletromagnéticas incluem luz visível, ondas de rádio e raios X. Essas ondas são fundamentais em telecomunicações, imagem médica e mais.

Exemplo visual: onda eletromagnética

Equações de Maxwell

As equações de Maxwell são um conjunto de quatro equações de campo eletromagnético que são fundamentais para o eletromagnetismo clássico, a óptica clássica e os circuitos elétricos. Essas equações descrevem como os campos elétrico e magnético interagem e se propagam.

Lei de Gauss

A lei de Gauss relaciona o fluxo elétrico que passa por uma superfície fechada à carga encerrada por essa superfície. Matematicamente, pode ser escrita como:

∮ E · dA = Q/ε₀

Onde ∮ denota a integral de superfície, E é o campo elétrico, dA é a área diferencial em uma superfície fechada, Q é a carga total encerrada, e ε₀ é a permissividade do espaço livre.

Lei de Faraday da indução

A lei de Faraday descreve como um campo magnético variável no tempo pode produzir uma força eletromotriz (fem) em um loop fechado. A fórmula é:

emf = -dΦB/dt

Onde ΦB é o fluxo magnético. O sinal negativo indica a direção da fem induzida segundo a lei de Lenz.

Lei de Ampère com adição de Maxwell

Ela descreve as mudanças no campo magnético e no campo elétrico associadas a uma corrente elétrica transversal. É dada como:

∮ B · dl = μ₀(I + ε₀ dΦE/dt)

Onde ∮ indica uma integral linear, B é o campo magnético, dl é o comprimento diferencial, μ₀ é a permeabilidade do espaço livre, e ΦE é o fluxo elétrico.

Lei de Gauss para o magnetismo

A lei de Gauss para o magnetismo afirma que o fluxo magnético líquido que flui para fora de qualquer superfície fechada é zero. Isso significa que não existem monopólos magnéticos. Pode ser expressa como:

∮ B · dA = 0

Aplicações do eletromagnetismo

Motores elétricos

Motores elétricos usam o eletromagnetismo para converter energia elétrica em energia mecânica. A interação entre o campo magnético e a corrente nos enrolamentos cria uma força, fazendo com que o rotor gire.

Transformadores

Transformadores são dispositivos que usam a indução eletromagnética para mudar o nível de tensão de corrente alternada (CA) em sistemas de energia. Eles nos permitem distribuir energia elétrica de forma eficiente a longas distâncias.

Gerador elétrico

Geradores convertem energia mecânica em energia elétrica usando o eletromagnetismo, geralmente girando uma bobina em um campo magnético ou vice-versa.

Imagem por ressonância magnética (IRM)

IRM é uma técnica de imagem médica que utiliza campos magnéticos fortes e ondas de rádio para fazer imagens de órgãos do corpo. Aproveita os princípios da ressonância magnética nuclear.

Em suma, o eletromagnetismo é fundamental para nossa tecnologia moderna e compreensão dos fenômenos físicos. Ao examinar exemplos como motores elétricos, geradores e IRMs, vemos seu papel importante em uma variedade de aplicações. Leis fundamentais como as equações de Maxwell fornecem a estrutura matemática para descrever eficazmente essas interações eletromagnéticas.


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