PROE – Conceitos Fundamentais I

1. PROE – Conceitos Fundamentais I PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

2. Vector Versor Produto interno Produto externo Tensor Nabla Gradiente de um campo escalar Divergência de um campo vectorial Rotacional de um campo vectorial Notação PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

3. Permeabilidade magnética , permitividade Eqs de Maxwell • Leis do electromagnetismo regidas pelas equações de Maxwell. • Eqs. Maxwell baseadas em trabalhos de Faraday, Gauss, Ampére, etc. (sec. XIX). • Força de Lorentz: Campos vectoriais (campo eléctrico) e(indução magnética) grandezas fundamentais de campo electromagnético. Podem ser determinadas por experimentação. • Campos vectoriais auxiliares: deslocamento eléctrico , campo magnetico Em espaço livre: PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

4. A circulação deao longo do contorno fechado Гf = - variação temporal do fluxo da indução magnetica através de A. A Lei de Faraday PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

5. Teorema de Stokes (cálculo vectorial) Circulação (integral de linha) de um campo vectorial ao longo de uma linha fechada Гf = fluxo do rotacional de através de A.  Teorema de Helmholtz (cálculo vectorial) Um campo vectorial fica completamente definido quando forem conhecidos e em todos os pontos do espaço. PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

6. Lei de Gauss O fluxo total de que sai dum volume V limitado por Sf é igual à carga eléctrica total contida nesse volume. Teorema da divergência (cálculo vectorial)  PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

7. Grande contribuição de Maxwell: adicionar o termo • Eqs. compatíveis com o principio da conservação da carga e permitiu prever a propagação de ondas electromagnéticas (~20 anos antes de Hertz ter verificado as previsões teóricas). Campo magnético A fonte que cria a circulação (ou rotacional) do campo magnético é Lei de Ampére PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

8. Termo Teorema de Stokes do cálculo vectorial Divergência de Não foram encontrados até agora cargas magnéticas Teorema da divergência PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

9. Termo traduz um fluxo de cargas eléctricas livres. Como a carga se conserva  Eq. da continuidade • Teorema da divergência  PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

10. PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

11. Sabendo  e tem-se 12 incógnitas e 8 eqs. Eqs. adicionais resultam das relações entre campos impostas pelas características do meio, relações Constitutivas. Eqs. de Maxwell PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

12. Relações constitutivas • A resposta do meio a um estímulo electromagnético depende das suas características. Propriedades dos meios • Homogéneos • Lineares • Isótropos • Anisotropos • Temporalmente dispersivos • Espacialmente dispersivos • Meios simples: com comportamento linear, isótropos e sem dispersão espacial. PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

13. Comportamento dieléctrico Campo eléctrico cria momento dipolar eléctrico. - vector polarização eléctrica Efeitos da polarização equivalentes aos produzidos por Comportamento dieléctrico e magnético Regimes estacionários Resposta do meio a um campo electromagnético estático e uniforme é descrita em termos de momentos dipolares induzidos eléctricos e magnéticos. Comportamento magnético O comportamento magnético dos materiais é complexo. PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

14. Magnetização Correntes microscópicas induzidas (Amperianas). magnetização - momento dipolar magnético por unidade de volume. A densidade de corrente associada às correntes microscópicas é dada por e tem-se Materiais não ferromagnéticos: Quando se aplica são induzidas pequenas correntes microscópicas que se opõem nos seus efeitos magnéticos às variações do campo aplicado. Comportamento diamagnético, momentos magnéticos em oposição ao campo magnético. Comportamento paramagnético, há a possibilidade de alinhar os momentos magnéticos atómicos individuais e o campo magnético intensifica-se. Materiais ferromagnéticos: os momentos magnéticos induzidos são muito mais intensos do que nos materiais com comportamento magnético ordinário. PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

15. Descrição dos comportamentos dieléctrico e magnético Em termos de momentos dipolares induzidos só é rigorosamente válida no caso dos campos estáticos uniformes (separação completa de efeitos eléctricos e magnéticos). Regimes variáveis no tempo Meios isotrópicos simples sem dispersão espacial  relações entre e e entre e descritas cada uma por uma convolução temporal. No domínio da frequência significa um relacionamento multiplicativo entre as transformadas de Fourier de e e de e . PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

16. Equações de Maxwell em Meios Materiais Num meio dieléctrico simples, para além da carga livre  existe também carga de polarização p, que tem origem nos dipolos eléctricos induzidos provocados pelo campo eléctrico aplicado (separação de cargas negativas e positivas). Recorrendo ao vector de polarização constituído pela densidade volúmica do momento dos dipolos eléctricos induzidos no meio. A introdução de tem a vantagem de invocar apenas a densidade de carga livre. PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

17. Corrente livre Corrente Amperiana Corrente de polarização Corrente deslocamento de vácuo • O rotacional da indução magnética (circulação ao longo de qualquer caminho fechado) é determinado pela densidade de corrente total. PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

18. A introdução dos campos e facilita a escrita das equações de Maxwell mas torna necessário arranjar um modelo para descrever os meios. PROE 1S0607 CFI Aula1 130906

19. Sistema de Unidades • Sistema MKSA[Metro Kilograma Segundo Ampere] • Metro, referenciado ao segundo e à velocidade da luz no vácuo • Quilograma,massa de uma barra padrão feita de uma liga de Platina/Irídio (Sévres, Paris) • Segundo, 9.192.631.770 períodos da radiação electromagnética emitida numa transição de um átomo de Césio • Ampére, corrente constante que, percorrendo dois condutores (comprimento infinito afastados de 1m no vácuo), produziria entre os condutores uma força de 2 x 10 Newton por cada metro de condutor. • Sistema MKSA racionalizado PROE 1S0607 CFI Aula1 130906