Física 3 - Eletromagnetismo - Halliday - 10ª Edição

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consideramos cada uma delas.O QUE HÁ DE NOVO NESTA EDIÇÃO?Módulos e Objetivos do Aprendizado “— O que eu deveria ter aprendido nesta seção?” Osalunos vêm me fazendo essa pergunta há décadas, independentemente de serem bons ou maus alunos. Oproblema é que mesmo os alunos mais atentos podem não ter certeza de que assimilaram todos os pontosimportantes de uma seção do livro. Eu me sentia da mesma forma quando estava usando a primeiraedição de Halliday e Resnick no primeiro ano da faculdade.Nesta edição, para minimizar o problema, dividi os capítulos em módulos conceituais, dedicados atemas básicos, e comecei cada módulo com uma lista de objetivos do aprendizado desse módulo. A listaé uma declaração explícita dos conhecimentos que devem ser adquiridos através da leitura do módulo e éseguida por um breve resumo das ideias-chave que também devem ser assimiladas. Para você ter umanoção de como o sistema funciona, observe o primeiro módulo do Capítulo 16, em que o estudante se vêdiante de um grande número de conceitos e definições. Em vez de deixar por conta do aluno a tarefa deidentificar e dissecar essas ideias, tomei a iniciativa de fornecer uma lista que funciona como a lista deverificação consultada pelos pilotos de avião antes de cada decolagem.Capítulos Reformulados Como meus alunos continuavam a ter dificuldades em alguns capítulosimportantes e em certos tópicos de outros capítulos, reescrevi boa parte do texto. Assim, por exemplo,introduzi mudanças profundas nos capítulos a respeito da lei de Gauss e do potencial elétrico, que amaioria dos estudantes considerava de difícil compreensão. As apresentações agora são mais enxutas etêm uma ligação mais direta com as ideias-chave. Nos capítulos que tratam da Mecânica Quântica,expandi o estudo da equação de Schrödinger para incluir a reflexão de ondas de matéria por um degrau
de potencial. Atendendo a sugestões de vários professores, separei a discussão do átomo de Bohr dasolução de Schrödinger do átomo de hidrogênio para que o professor possa omitir o relato histórico dotrabalho de Bohr, se assim desejar, sem prejudicar a compreensão do assunto. Incluí também um novomódulo a respeito da radiação de corpo negro de Planck.Novos Exemplos, Perguntas e Problemas Dezesseis novos exemplos foram introduzidos noscapítulos para facilitar a compreensão de alguns tópicos considerados difíceis pelos alunos. Além disso,cerca de 250 problemas e 50 perguntas foram acrescentados às listas de exercícios do final doscapítulos. Alguns dos problemas foram recuperados de edições anteriores do livro, a pedido de váriosprofessores.
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Figura 21-39 Problemas 42 e 43.43 (
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se fosse possível montar um sistem
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66 Um elétron se encontra no vácu
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_______________1Essas pastilhas, mu
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Um dos objetivos da física é regi
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Figura 22-3 (a) Uma força eletrost
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estamos medindo o campo em pontos c
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destino”, como é o caso do vetor
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campo elétrico 3 e a soma vetorial
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Figura 22-8 Linhas de campo de um d
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elétrico no ponto é dividido por
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cancelar alguma das componentes do
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Campo de um Elemento. O elemento de
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Esse resultado é razoável, já qu
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Figura 22-13 (a) Uma barra de plás
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Como Lidar com Linhas de CargaAnel,
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uma integral dupla para levar em co
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Ideias-Chave• Na presença de um
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Figura 22-17 Representação esquem
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pode ser desprezada.)Figura 22-19 U
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Figura 22-20 Uma molécula de H 2 O
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é fácil mostrar que a energia pot
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Cálculo: Fazendo θ = 90 o na Eq.
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A energia potencial U do dipolo dep
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ponto P 1 , a meio caminho entre os
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13 A Fig. 22-32 mostra três barras
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Figura 22-36 Problema 8.Figura 22-3
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Figura 22-42 Problema 15.···16 A
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do campo. Determine a razão E apr
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··27 Na Fig. 22-51, duas barras c
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Figura 22-56 Problema 33.Módulo 22
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·47 Feixes de prótons de alta ene
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antiparalelamente a .··58 Um dipo
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6,563 × 10 -19 C 13,13 × 10 -19 C
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é submetido a um campo elétrico =
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em que a integração é executada
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campo elétrico que atravessa uma s
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Figura 23-5 Uma superfície gaussia
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Para todos os pontos da base a, o
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Figura 23-7 (a) Um cubo gaussiano,
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Ideias-Chave• A lei de Gauss rela
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superfície têm o mesmo valor abso
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Exemplo 23.03 Uso da lei de Gauss p
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Note que, se tivéssemos usado um c
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Figura 23-11 (a) Um pedaço de cobr
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Figura 23-12 (a) Vista em perspecti
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Figura 23-13 (a) Uma partícula com
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para fora da integral. A integral r
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ouSubstituindo as constantes por va
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Figura 23-17 (a) Vista em perspecti
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IDEIA-CHAVEComo as cargas estão fi
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campo é dado pela equaçãoem que
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Figura 23-21 Os pontos representam
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seguintes:1.2.As cargas em excesso
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Figura 23-24 Pergunta 4.5 Na Fig. 2
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Figura 23-28 Pergunta 11.12 A Fig.
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Figura 23-32 Problema 4.·5 Na Fig.
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Figura 23-37 Problema 14.··15 Uma
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Figura 23-40 Problema 24.·25 Uma l
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pequena distância uma da outra. Na
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Figura 23-48 Problema 38.··39 Na
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colocado em qualquer ponto do túne
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Figura 23-57 Problema 52.···53 U
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longe do centro. Quando uma carga p
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76 Um cilindro muito longo, de raio
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ΔU = q ΔV = q(V f = V t ).• De
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Figura 24-1 A partícula 1, situada
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uma relação que é válida para q
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do espaço sideral. Uma vez liberad
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de menor valor, separadas por uma d
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Figura 24-6 Uma carga de prova q 0
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Campo Uniforme. Vamos aplicar a Eq.
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24-18.Figura 24-8 (a) Uma carga de
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Figura 24-9 A partícula de carga p
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Exemplo 24.03 Potencial total de v
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Figura 24-12 (a) Doze elétrons uni
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dipolo, e d é a distância entre a
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Vamos tomar novamente o potencial n
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Disco CarregadoNo Módulo 22-5, cal
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distância entre as superfícies fo
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A partir dessa equação, determine
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A Eq. 24-46 inclui os sinais das du
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ouro é muito maior que a da partí
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Essa afirmação é uma consequênc
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Figura 24-23 Um condutor descarrega
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Potencial Produzido por uma Distrib
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Figura 24-27 Pergunta 4.5 A Fig. 24
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Figura 24-33 Pergunta 12.Problemas.
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Módulo 24-3 Potencial Produzido po
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dipolo elétrico, do lado positivo
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Figura 24-46 Problema 27.··28 A F
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1500x 2 , em que x (em metros) é a
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arremessado a partir do infinito, e
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Devido à simetria da situação, a
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··66 Duas cascas condutoras conc
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elétrico no ponto P, situado no ei
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89 Dois elétrons são mantidos fix
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infinito, qual é o potencial elét
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Figura 25-2 Dois condutores, isolad
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interior do dispositivo.Na Fig. 25-
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C = 4 πɛ 0 R.Cálculo da Capacit
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integral é simplesmente a distânc
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em que, mais uma vez, temos ds =
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Objetivos do AprendizadoDepois de l
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Assim, para obter a capacitância e
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os três capacitores (de capacitân
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C 12 = C 1 + C 2 = 12,0 μF + 5,30
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q 0 = C 1 V 0 = (3,55 × 10 -6 F)(6
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As Eqs. 25-21 e 25-22 são válidas
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(b) Qual é a densidade de energia
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Germânio 16Etanol 25Água (20 o C)
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Figura 25-13 (a) Se a diferença de
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o alinhamento não é perfeito, mas
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dos mecanismos discutidos no Módul
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(b) Qual é o valor da carga das pl
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capacitor e a superfície do dielé
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material dielétrico de constante d
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capacitor? (b) Qual é a carga da p
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Figura 25-26 Problema 7.Módulo 25-
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··16 O gráfico 1 da Fig. 25-32a
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Figura 25-37 Problema 22.··23 Os
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·29 Qual é a capacitância necess
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da Tabela 25-1 você usaria para pr
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introdução do dielétrico? (d) Qu
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62 Dois capacitores de placas paral
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75 Um capacitor de capacitância de
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podem interferir nos sistemas de te
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Figura 26-2 A corrente i que atrave
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A corrente i de carga negativa se d
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mesma direção e o mesmo sentido q
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Explicitando v d e lembrando que, d
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Figura 26-6 (a) Seção reta de um
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instantaneamente, entre eles os el
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vemos que “resistência” é um
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Tabela 26-1 Resistividade de Alguns
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concordância da resistividade calc
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Figura 26-11 (a) Uma diferença de
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toda a amostra, como as moléculas
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O tempo médio entre colisões τ n
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a i dt. Ao completar o circuito, a
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Na situação 2, a resistência de
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zero quando o metal é resfriado ab
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A Eq. 26-10 corresponde à equaçã
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Figura 26-17 Pergunta 3.4 A Fig. 26
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comprimento e uma seção reta de 0
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diâmetro interno de 1,0 mm. Qual
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···36 Nadando durante uma tempes
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··49 Uma lâmpada de 100 W é lig
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variação foi pelo menos igual à
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permanece constante enquanto o êmb
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_______________1Esse valor inespera
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igual à força eletromotriz.• As
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Figura 27-1 Um circuito elétrico s
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circuito, e usada, por exemplo, par
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horário até estarmos de volta ao
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Explicitando a corrente, obtemosObs
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Na Fig. 27-5b, com as três resist
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De acordo com a Eq. 27-13, se a res
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Figura 27-8 (a) Circuito de uma mal
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27.20 Calcular a resistência do re
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termo “em paralelo” significa q
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A Fig. 27-11a mostra um circuito co
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Cálculo: Explicitando i 3 na equa
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Figura 27-12 (a) Circuito usado par
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das três malhas do circuito.Figura
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valor da diferença de potencial qu
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O último termo do lado esquerdo re
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Figura 27-16 (a) Gráfico da Eq. 27
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que é equivalente à Eq. 27-33.Tes
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Tomando o logaritmo natural de ambo
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submetidas à mesma diferença de p
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Figura 27-21 Pergunta 6.7 Inicialme
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Informações adicionais disponíve
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·20 Quando duas resistências 1 e
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Figura 27-52 Problema 42.··43 O l
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Figura 27-58 Problema 51.··52 Um
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= 20,0 Ω. Em que instante a difere
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··68 Um capacitor de 1,0 μF com
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ficar inutilizado. (b) Quanto tempo
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problema está no motor, no cabo ou
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96 A Fig. 27-63 mostra uma fonte id
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Figura 27-83 Problema 103.104 Uma l
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CAPÍTULO 28Campos Magnéticos28-1
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como monopolos magnéticos) seja pr
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Figura 28-2 (a)-(c) Na regra da mã
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O campo magnético, como o campo el
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Exemplo 28.01 Força magnética a q
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aquecido em uma das extremidades de
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28-3 CAMPOS CRUZADOS: O EFEITO HALL
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Figura 28-8 Uma fita de cobre perco
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9b). Assim, aponta no sentido negat
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frequência angular do movimento, e
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O período T (o tempo necessário p
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Podemos calcular a velocidade v do
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28.30 Saber a diferença entre um c
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O SíncrotronO cíclotron convencio
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quando o fio não é retilíneo ou
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A Eq. (28-25) permite calcular a fo
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em que mg é o módulo de e m é a
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ângulo entre e para o lado 2 (veja
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Ideias-Chave• Na presença de um
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Figura 28-20 Orientações de maior
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O Efeito Hall Quando uma fita condu
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uniforme, descrevendo trajetórias
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10 Ciranda de partículas. A Fig. 2
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·21 Um elétron de energia cinéti
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(a) Qual é o ângulo ϕ entre e ?
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··45 Um fio de 50,0 cm de comprim
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Fig. 28-51b mostra o momento magné
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Figura 28-53 Problema 72.73 No inst
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83 Uma partícula, de massa 6,0 g,
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Figura 28-58 Problema 89.90 Uma par
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CAPÍTULO 29Campos Magnéticos Prod
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mostram que os campos magnéticos,
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o vetor, um para o caso em que o se
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Fazendo essas substituições e usa
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uma circunferência completa de fio
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No triângulo retângulo da Fig. 29
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as forças exercidas pelos fios.Vam
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Figura 29-11 (a) Princípio de func
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um ângulo θ com a direção de .O
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integração no sentido anti-horár
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Exemplo 29.03 Uso da lei de Ampère
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Note que, nesses passos, tomamos o
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mostra a Fig. 29-18, o campo tende
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Embora tenha sido demonstrada para
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29-5 RELAÇÃO ENTRE UMA BOBINA PLA
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Figura 29-22 Uma espira percorrida
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Substituindo as Eqs. 29-29 e 29-30
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1 A Fig. 29-24 mostra três circuit
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segundo fio longo é perpendicular
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fio 1 e também longo, está na sup
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direção do eixo? (b) Qual é o m
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CAPÍTULO 30Indução e Indutância
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aproximamos da espira o polo sul do
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4.O fluxo em cada espira da bobina
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Atenção. O fluxo de sempre se op
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Exemplo 30.02 Força eletromotriz e
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1.Como o módulo do campo magnétic
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Figura 30-8 Uma espira é puxada co
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que, por simetria, as forças e tê
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30-3 CAMPOS ELÉTRICOS INDUZIDOSObj
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campo elétrico”.Uma Reformulaç
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Podemos abordar a questão de um po
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A ideia do item (a) também se apli
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No resto do capítulo, vamos supor
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Quando a corrente que atravessa um
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fora da região em que o fluxo est
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eletromotriz se opõe ao aumento da
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em função do tempo tem a mesma fo
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Figura 30-18 (a) Circuito RL de vá
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2.O termo i 2 R da Eq. 30-47 repres
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30-8 DENSIDADE DE ENERGIA DE UM CAM
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em que M (medida em henries) é a i
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Exemplo 30.08 Indutância mútua de
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tentamos determinar o valor de M us
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Se B é o módulo do campo magnéti
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Figura 30-25 Pergunta 5.6 Na Fig. 3
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módulo do campo pode estar aumenta
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Figura 30-36 Problema 5.·6 A Fig.
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campo magnético . Determine (a) o
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Se a força eletromotriz é dada po
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···27 Na Fig. 30-50, uma espira
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··34 Na Fig. 30-55, uma espira re
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tubo (desprezando as extensões pla
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·53 Um solenoide com uma indutânc
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·62 Uma bobina com uma indutância
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··76 Uma bobina C de N espiras en
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84 A Fig. 30-73a mostra duas regiõ
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Figura 30-76 Problema 91.92 O enla
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_______________*Linhas de campo el
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é a equação diferencial que desc
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em que i é a corrente no indutor n
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Keysight Technologies, Inc. Reprodu
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em que X é a amplitude das oscila
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Figura 31-4 Energia magnética e en
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(b) Qual é a máxima taxa de varia
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em que o sinal negativo indica que
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31-3 OSCILAÇÕES FORÇADAS EM TRÊ
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ω d t, e a amplitude é (o índice
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em que I R é a amplitude da corren
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para obterv R = (36,0 V) sen(120πt
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máximo um quarto de ciclo antes de
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Substituindo esse valor e ω d = 2
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Figura 31-13 (a) A corrente no indu
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Em seguida, fazemos= 36,0 V e ω d
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Agora estamos em condições de ana
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ω d e representado pelo símbolo Z
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Como ilustração, vamos considerar
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dominado pela reatância do capacit
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No circuito RLC da Fig. 31-7, a fon
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devemos manter o fator de potência
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Cálculos: De acordo com os dados d
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Eq. 31-77, a potência elétrica fo
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4. Para manter a tensão V p , o ge
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Como a carga é resistiva, o fator
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A corrente produzida no circuito pe
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grandezas passem por um máximo pel
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(c) a energia máxima armazenada no
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no instante em que a força eletrom
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a amplitude da tensão do indutor n
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dissipação mínima, (g) o ângulo
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ou menores do que realmente são. (
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circuito?84 Um circuito RLC série
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_______________1Do inglês root mea
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exemplo, alguns cereais são anunci
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Figura 32-3 Quando partimos um ím
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• A lei de Ampère,, pode ser usa
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campo induzido tem o sentido anti-h
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perpendicular às placas. Nesse cas
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em que i d,env é a corrente de des
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caso, de acordo com a Eq. 29-20, o
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Dividindo a Eq. 32-20 pela Eq. 32-2
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Figura 32-8 O campo magnético da T
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32.21 Saber que e s não podem ser
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magnético de spin, representado pe
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Figura 32-10 O spin , o momento dip
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Figura 32-11 Um elétron que se mov
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Figura 32-12 (a) Modelo da espira p
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• Na presença de um campo magné
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32-7 PARAMAGNETISMOObjetivos do Apr
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para temperaturas e campos magnéti
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Nesse caso, portanto, K é cerca de
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Com um núcleo de ferro presente, o
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direção de ext. Se o campo é nã
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Cálculo de μ: Substituindo esse v
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O momento angular orbital é quanti
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induzido. Determine, nos dois casos
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mudada com facilidade são chamados
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Figura 32-29 Problema 6.··7 Fluxo
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deslocamento possui uma densidade d
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e (h) de id.Figura 32-35 Problema 2
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Figura 32-38 Problemas 37 e 71.··
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não é a interação entre dipolos
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em que λ m é a latitude magnétic
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angular total do elétron (soma do
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força newton N kg • m/s 2pressã
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APÊNDICE BALGUMAS CONSTANTES FUNDA
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_______________*Os valores desta ta
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Inclinação da órbita emrelação
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1 fermi = 10 -15 m1 ano-luz = 9,461
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pés/s km/h METROS/SEGUNDO milhas/h
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Campo Magnéticogauss TESLAS miliga
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Ângulo externo D = A + CSinais e S
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Produtos de VetoresSejam î, ĵ eve
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12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.
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Cloro Cl 17 35,453 (0°C) -101 -34,
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Paládio Pd 46 106,4 12,02 1552 398
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APÊNDICE GTABELA PERIÓDICA DOS EL
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para cima; (d) 1,6 × 10 -26 N; (e)
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dianteira-traseira, esquerda-direit
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Capítulo 30T 1. b, depois d e e em
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Se ax 2 + bx + c = 0,Teorema Binomi
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Constante de Avogadro N A 6,022 ×
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Energia e Potência1 J = 10 7 erg =
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Física 3 - Eletromagnetismo - Halliday - 10ª Edição

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