Física 3 - Eletromagnetismo - Halliday - 10ª Edição

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MaterialSuplementarEste livro conta com os seguintes materiais suplementares:■■■■■■■■■■■Aulas em PowerPoint (restrito a docentes);Ensaios de Jearl Walker em pdf (acesso livre);Ilustrações da obra em formato de apresentação (restrito a docentes);Manuais das Calculadoras Gráficas TI-86 & TI-89 em pdf (acesso livre);Respostas das perguntas em pdf (restrito a docentes);Respostas dos problemas em pdf (restrito a docentes);Simulações (acesso livre);Soluções dos Problemas (Manual) em pdf (restrito a docentes);Testes Conceituais (restrito a docentes);Testes em Múltipla Escolha (restrito a docentes);Testes em PowerPoint (restrito a docentes).O acesso ao material suplementar é gratuito, bastando que o leitor se cadastre em: http://genio.grupogen.com.br.
CAPÍTULO 21A Lei de Coulomb21-1 A LEI DE COULOMBObjetivos do AprendizadoDepois de ler este módulo, você será capaz de ...21.01 Saber a diferença entre um objeto eletricamente neutro, negativamente carregado e positivamente carregado e o que é umexcesso de cargas.21.02 Saber a diferença entre condutores, isolantes, semicondutores e supercondutores.21.03 Conhecer as propriedades elétricas das partículas que existem no interior do átomo.21.04 Saber o que são elétrons de condução e qual é o papel que desempenham para tornar um objeto negativamentecarregado ou positivamente carregado.21.05 Saber o que significa “isolar eletricamente” um objeto e “aterrar” um objeto.21.06 Saber de que forma um objeto eletricamente carregado pode induzir uma carga elétrica em outro objeto.21.07 Saber que cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opostos se atraem.21.08 Desenhar o diagrama de corpo livre de uma partícula sujeita a uma força eletrostática.21.09 No caso de duas partículas eletricamente carregadas, usar a lei de Coulomb para relacionar o módulo da forçaeletrostática, que age sobre as partículas, à carga das partículas e a distância entre elas.21.10 Saber que a lei de Coulomb se aplica apenas a partículas pontuais e a objetos que podem ser tratados como partículaspontuais.21.11 Se uma partícula está sujeita a mais de uma força eletrostática, usar uma soma vetorial para obter a força resultante.21.12 Saber que uma casca esférica com uma distribuição uniforme de carga atrai ou repele uma partícula carregada situada dolado de fora da casca como se toda a carga estivesse situada no centro dessa casca.21.13 Saber que uma casca esférica com uma distribuição uniforme de carga não exerce força eletrostática sobre uma partículacarregada situada no interior da casca.21.14 Saber que a carga em excesso de uma casca esférica condutora se distribui uniformemente na superfície externa dacasca.21.15 Saber que, se dois condutores esféricos iguais são postos em contato ou são ligados por um fio condutor, a carga emexcesso se divide igualmente entre os dois condutores.21.16 Saber que um objeto isolante pode ter uma distribuição assimétrica de carga, incluindo cargas em pontos internos.21.17 Saber que a corrente elétrica é a taxa com a qual a carga elétrica passa por um ponto ou por uma região.21.18 No caso de uma corrente elétrica que passa por um ponto, conhecer a relação entre a corrente, um intervalo de tempo e aquantidade de carga que passa pelo ponto nesse intervalo de tempo.Ideias-Chave• A força da interação elétrica de uma partícula com outras partículas depende da carga elétrica (em geral representada pelaletra q), que pode ser positiva ou negativa. Partículas com cargas de mesmo sinal se repelem e partículas com cargas de sinaisopostos se atraem.
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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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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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Explicitando a corrente, obtemosObs
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Na Fig. 27-5b, com as três resist
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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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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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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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Informações adicionais disponíve
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·20 Quando duas resistências 1 e
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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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ficar inutilizado. (b) Quanto tempo
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problema está no motor, no cabo ou
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CAPÍTULO 28Campos Magnéticos28-1
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como monopolos magnéticos) seja pr
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O campo magnético, como o campo el
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9b). Assim, aponta no sentido negat
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Podemos calcular a velocidade v do
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O Efeito Hall Quando uma fita condu
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(a) Qual é o ângulo ϕ entre e ?
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mostram que os campos magnéticos,
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Fazendo essas substituições e usa
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em que é um vetor de módulo dA pe
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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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