11 - Histria do Eletromagnetismo

Download 11 - Histria do Eletromagnetismo

Post on 07-Jan-2017

216 views

Category:

Documents

2 download

TRANSCRIPT

  • 1

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 1/47

    9 Eletromagnetismo

    Histria e Epistemologia da Fsica

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 2/47

    Antecedentes

    Egpcios: teriam algum entendimento dos fenmenos eltricos observando relmpagos e interagindo com peixes eltricos?

    lmpada de Dendera

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 3/47

    Antecedentes

    na Antiguidade, os indianos j sabiam que certos cristais, quando aquecidos, atraam cinzas, atribuindo ao fenmeno causas sobrenaturais

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 4/47

    Antecedentes

    Tales (c. 600 a.C.) teria sido o primeiro a estudar a eletricidade e o magnetismo

    procurava descrever o efeito eletrosttico do mbar ( -elktron): ao se esfregar mbar com

    pele de carneiro, observou que penas eram atradas

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 5/47

    Antecedentes

    h bactrias que fabricam cristais de magnetita (Fe3O4) ou greigita (Fe3S4), materiais com propriedades magnticas, e orientam seus movimentos pelo campo magntico terrestre

    as vacas e os carneiros alinham-se no eixo norte-sul magntico local

    China, sc. 4 a.C., Livro do Mestre do Vale do Demnio: A magnetita atrai o ferro

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 6/47

    Antecedentes

    os fenmenos permaneceram atravs dos tempos apenas como curiosidade.

  • 2

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 7/47

    Lendas

    haveria uma montanha magntica no plo, onde os navios jamais chegariam porque a fora de atrao removeria todos os pregos do navio

    o magnetismo poderia ser destrudo pelo contato com o alho

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 8/47

    Lendas

    os ms podiam ser usados para denunciar esposas infiis

    haveriam rochas que atrairiam carne, madeira ou ouro

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 9/47

    Lendas

    Magnes teria tido os pregos de sua sandlia atrados pela pedra enquanto pastoreava no monte Ida (Creta)

    magnetita: por ter vindo da regio conhecida como Magnsia, na Tesslia (Grcia) (terra de Jaso, Aquiles e ... Vangelis)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 10/47

    Bssola

    sapos, peixes, tartarugas, colheres e agulhas eram usados na Geomancia e no Feng Shui como indicadores de direo

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 11/47

    Bssola

    Quando o povo de Cheng sai em busca de jade, eles carregam um apontador para o sul com eles para no se perderem

    2634 a.C.: imperador Huang Ti inventa um carro para guiar suas tropas

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 12/47

    Bssola

    sc. 12: chineses j usavam a bssola de magnetita para navegao

    Shen Kuo (1031-1095) escreveu sobre a bssola de agulha magntica e maior acurcia da navegao empregando o conceito astronmico de Norte Verdadeiro

    depois de Shen Kuo, Alexander Neckham foi o primeiro na Europa a descrever (1187) a bssola e seu uso na navegao

  • 3

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 13/47

    Gerolamo Cardano(1501-1576 )

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 14/47

    Cardano

    (Jerme Cardan, Hieronymus Cardanus, Dzhirolamo Kardano, etc.)

    iniciou a teoria das equaes algbricas primeiro a descrever clinicamente a febre tifide publicou (apropriou-se de) o mtodo de Scipione del

    Ferro e Tartaglia p/ resolver a equao cbica

    1550: discutiu em seu livro De Subtilitate as diferenas entre foras eltricas e foras magnticas.

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 15/47

    William Gilbert(1544-1603)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 16/47

    Gilbert

    mdico ingls de Elizabeth I e James I e filsofo natural

    pesquisou eletricidade e magnetismo cunhou o termo eletricidade

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 17/47

    Gilbert

    1600: De Magnete experincias c/

    modelo terrela(esfera magnetizada)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 18/47

    Gilbert

    Terra era um magneto atraa bssolas

    antes acreditava-se que era devido estrela Polar ou a uma grande ilha magntica no plo Norte

  • 4

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 19/47

    Gilbert

    estudou eletricidade esttica com mbar (elektron) atritado fora eltrica

    acreditava que eletricidade e magnetismo eram coisas diferentes, principalmente porque a eletricidade desaparecia com o aquecimento e o magnetismo no (errado!) (vide ponto de Curie)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 20/47

    Gilbert

    acreditava que o magnetismo era a fora que Kepler e outros tinham observado governando os movimentos dos astros

    apontou que o movimento das estrelas se devia rotao da Terra e no s esferas celestes 20 anos antes de Galileu

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 21/47

    Otto von Guericke(1602 - 1686)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 22/47

    Otto von Guericke

    prefeito da cidade de Magdeburgo,

    conhecido pela demonstrao de 1654

    16 cavalos no separam os hemisfrios unidos apenas pela presso atmosfrica

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 23/47

    Otto von Guericke

    1660: Elektrisiermaschine: a primeira mquina eletrosttica

    tocou a esfera de enxofre girada em alta velocidade com uma luva girada, eletrizando-a

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 24/47

    Otto von Guericke

    observou atrao, repulso, centelhas e rudo de descarga

    conclui que a eletricidade podia passar de um corpo para o outro

    demonstrou que atraes eltricas e magnticas propagavam-se no vcuo

  • 5

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 25/47

    Charles Franois de Cisternay du Fay(Paris, 1698-1739)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 26/47

    du Fay

    1733: dois tipos de fluido eltrico: vtreo (positivo) e resinoso (negativo)(depois contestado por Franklin)

    identificou a diferena entre isolantes e condutores(contrariando Stephen Gray, que acreditava

    que as propriedades eltricas dos corpos dependiam das suas cores)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 27/47

    Benjamin Franklin

    (1706-1790)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 28/47

    Franklin

    foi tipgrafo, jornalista, editor, autor de auto-ajuda, filantropo, ao mesmo tempo calvinista e iluminista, abolicionista, diplomata, um dos lderes da Revoluo Americana, primeiro ministro dos correios, metereologista, inventor e cientista

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 29/47

    Franklin

    props a famosa experincia

    s h um tipo de eletricidade em quantidades diferentes: positiva e negativa

    props o Princpio de Conservao da Carga Eltrica

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 30/47

    Charles-Augustin de Coulomb(17361806)

  • 6

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 31/47

    Coulomb

    fsico e engenheiro militar francs trabalhou na reconstruo do Forte

    Bourbon (Martinica): estudou a resistncia dos muros de sustentao inspirado pelas idias sobre a frico de Pieter van Musschenbroek

    participou da definio de padres de pesos e medidas do governo revolucionrio francs (1788)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 32/47

    Coulomb

    publicou trabalhos sobre o atrito e sobre a viscosidade

    descobriu a relao inversa entre a fora entre cargas eltricas e o quadrado da sua separao (Lei de Coulomb)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 33/47

    Fora eltrica

    Lei de Coulomb forma semelhante

    da fora gravitacional

    rF

    qQ

    rr=

    1

    42$

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 34/47

    Michael Faraday(17911867)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 35/47

    Faraday

    qumico e fsico ingls era um devoto cristo da igreja Sandemaniana foi aprendiz de tipografia, onde leu muitos livros,

    especialmente sobre eletricidade descobriu o benzeno e trs cloretos de carbono inventou o predecessor do bico de Bunsen inventou o nmero de oxidao liquefez vrios gases

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 36/47

    Faraday

    aos vinte anos, assistiu a palestras de Humphry Davy.

    enviou suas notas das palestras, encadernadas Davy o contratou como assistente porque ficou

    quase cego num acidente de laboratrio

    viajou como assistente e criado com Davy: quase desistiu de tudo mas teve contato com um mundo de informaes cientficas

  • 7

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 37/47

    Faraday

    contribui com as leis da eletrlise popularizou os termos eletrodo, ctodo,

    nodo e on precisou o conceito de quantidade de

    eletricidade

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 38/47

    Faraday

    descobriu a induo eletromagntica,

    o diamagnetismo e

    a eletrlise

    concebeu as linhas de campo inventou o primeiro motor eltrico e o dnamo estabeleceu que o magnetismo pode afetar a

    propagao dos raios de luz

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 39/47

    Campo eltrico

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 40/47

    Campo eltrico

    campo: funo definida no espao

    regio do espao onde se sente uma influncia

    detectvel com uma carga de prova

    rE

    Q

    rr=

    1

    4 2$

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 41/47

    Linhas de fora

    linhas de fora: tangentes ao campo em cada ponto

    superfcies equipotenciais: onde o campo tem o mesmo valor em mdulo

    ortogonais s linhas de fora

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 42/47

    Faraday

    foi admitido na Royal Societyem 1824

    rejeitou um ttulo de nobreza e a Presidncia da Royal Society

    instituiu as palestras de natalenquanto diretor da Royal Institution

    apesar da pouca instruo, considerado o melhor experimentalista da histria

  • 8

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 43/47

    Gaiola de Faraday

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 44/47

    Gaiola de Faraday

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 45/47

    Gaiola de Faraday

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 46/47

    Johann Carl Friedrich Gau

    (1777-1855)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 47/47

    Gauss

    deu eletricidade e ao magnetismo o seu primeiro sistema de unidades

    autor do famoso teorema

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 48/47

    Unidades

    Corrente: Ampre Q: C As E: N/C

    B: Tesla NA-1m-1

    V: Volt Nm/C R: Ohm NA-1m/C

    0/4=10-7NA-2

    0=1/c 0 =8,8510-12C2N-

    1m-2

  • 9

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 49/47

    Lei de Gauss

    o fluxo total do campo eltrico atravs de qualquer superfcie fechada dado pela carga contida no seu interior

    ES

    E dS

    q

    rr

    q

    =

    =

    =

    r r

    1

    44

    0

    2

    2

    0

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 50/47

    Campo de distribuio esfrica

    distribuio esfericamente simtrica.

    no exterior, campo igual ao de uma carga puntual situada na origem.

    no interior, s a carga interior relevante.

    E

    tot

    tot

    E dS

    E rQ

    EQ

    r

    =

    =

    =

    =

    r r

    4

    1

    4

    2

    0

    0

    2

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 51/47

    Campo gerado por um fio infinito

    E

    tot

    E dS

    E rLQ L

    Er

    =

    =

    = =

    =

    r r

    2

    1

    2

    0 0

    0

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 52/47

    Campo gerado por superfcie

    E

    tot

    E dS

    E rQ r

    E

    =

    =

    = =

    =

    r r

    2

    1

    2

    2

    0

    2

    0

    0

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 53/47

    Corrente eltrica

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 54/47

    Corrente eltrica

    r r

    r r

    J Nqv

    I J dS

    dQ

    dt

    Q Idt

    t

    =

    =

    =

    =

    0

    num condutor so os eltrons livres que transportam a corrente

    sentido convencional da corrente oposto ao movimento dos eltrons

    vetor densidade de corrente

  • 10

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 55/47

    Garrafa de Leyden

    Von Kleist e Van Musscchenbroek independentemente em 1746 desenvolvem a garrafa de Leyden (primeiro capacitor), melhor do que as peles de gato para experincias eltricas

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 56/47

    Bateria de Bagd

    encontrada no Iraque em 1938

    seria a 1 bateria eltrica (sec. III a.C.?)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 57/47

    Concepes Alternativas

    eletricidade um fluido bateria um recipiente dois tipos de eletricidade saem um da

    cada plo e se encontram na lmpada cada eltron percorre todo o circuito de

    um plo ao outro a corrente se desgasta ao passar por uma

    resistncia

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 58/47

    Luigi Galvani(1737-1798)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 59/47

    Galvani

    arcos bimetlicos provocavam espasmos em pernas de r (1783)

    acreditou que eletricidade (animal) provinha do msculo

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 60/47

    Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta

    (1745-1827)

  • 11

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 61/47

    Volta

    associado de Galvani desenvolveu as

    clulas voltaicas, predecessoras da pilha eltrica (1800)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 62/47

    Georg Simon Ohm

    (1789-1854)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 63/47

    Ohm

    fez a relao entre a corrente eltrica num circuito e a diferena de potencial (voltagem) da pilha.

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 64/47

    Lei de Ohm

    s: condutividade R: resistncia Energia transformada

    em calor num fio (efeito Joule)

    r rJ E

    I AJ A E

    El V

    V RI

    R l A

    E VI RI

    =

    = =

    =

    =

    =

    = =

    /2

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 65/47

    Eletromagnetismo

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 66/47

    Antecedentes

    marinheiros j haviam observado que um relmpago perturbava a agulha da bssola

    Romagnosi, filsofo, economista e jurista italiano, publicou em 1802, num jornal italiano, a sugesto de uma relao entre eletricidade e magnetismo

  • 12

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 67/47

    Andr-Marie Ampre

    (17751836 )

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 68/47

    Ampre

    fsico francs disse que aos 18 anos sabia tanta

    Matemtica quanto jamais soube 18 anos: os trs pontos altos da vida:

    a 1 comunho,

    a leitura do Eulogy of Descartes", de Thomas e

    a Tomada da Bastilha (Frana)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 69/47

    Ampre

    desenvolveu a observao de rsted: corrente eltrica gera campo magntico

    construiu o primeiro galvanmetro

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 70/47

    Lei de Ampre

    r rB dl I = 0 int

    circulao do campo magntico corrente produz campo magntico

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 71/47

    Campo magntico

    um magneto comporta-se como um dipolo

    tem sempre dois plos

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 72/47

    Campo magntico

    no h cargas magnticas isoladas (monopolos)

    BS

    B dS

    fech

    = =r r

    0

  • 13

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 73/47

    Lei de Faraday

    r rE dl

    t

    B =

    circulao do campo eltrico variao do campo magntico produz campo

    eltrico

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 74/47

    Lei de Biot-Savart

    campo magntico gerado por uma corrente eltrica

    = dxrIrI

    B2

    0

    4

    r

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 75/47

    Campo devido a um fio

    $ $ sen

    sen

    ( )

    $

    I r

    r d x

    dr

    BI

    r

    d

    rdx

    Id

    d xdx

    I

    d

    BI

    de

    =

    = +

    =

    =

    =+

    =

    =

    +

    +

    2 2 2

    0

    2

    0

    2 23

    2

    0

    0

    4

    4

    4

    2

    4

    2

    r

    r

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 76/47

    Campo gerado por solenide

    r r

    r r

    r

    B dl I

    B dl NI

    B

    B l NI

    ext

    =

    =

    =

    =

    0

    0

    0

    0

    int

    int

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 77/47

    Transformador

    transforma uma voltagem em outra

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 78/47

    Fora de Lorentz

    r r r rF q E v B

    qvBmv

    r

    rmv

    qB

    = +

    =

    =

    ( )

    2

  • 14

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 79/47

    Criao de pares

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 80/47

    James Clerk Maxwell

    (18311879)

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 81/47

    Maxwell

    matemtico e fsico escocs

    devoto cristo

    aos 14 publicou na Royal Society um artigo sobre o desenho de curvas geomtricas com cordel

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 82/47

    Maxwell

    1859: demonstrou que os anis de Saturno no podiam ser lquidos nem slidos

    1861: foi eleito para a Royal Society

    1864: apresentou as famosas equaes

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 83/47

    Equaes de Maxwell

    unificam e completam Lei de Faraday

    Lei de Ampre

    Lei de Gauss

    r rr

    r r

    r r rr

    r r

    =

    =

    = +

    =

    EB

    t

    E

    B jE

    t

    B

    4

    4

    0

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 84/47

    Ondas Eletromagnticas

    c1

    v

    tB

    zB

    yB

    xB

    tE

    zE

    yE

    xE

    00

    2

    2

    002

    2

    2

    2

    2

    2

    2

    2

    002

    2

    2

    2

    2

    2

    =

    =

    =

    +

    +

    =

    +

    +

    equaes de Maxwell equao de onda velocidade de propagao igual velocidade da

    luz luz: onda eletromagntica

  • 15

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 85/47

    Maxwell

    obteve a distribuio que descreve estatisticamente os gases

    tirou a primeira fotografia colorida usando filtros de um tartan (xadrez escocs)

    recebeu medalha por seu trabalho no daltonismo

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 86/47

    Referncias

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 87/47

    Referncias

    GOTTSCHALL, Carlos Antonio Mascia. Do mito ao pensamento cientfico: Abusca da realidade, de Tales a Einstein. So Paulo : Atheneu, 2004.

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 88/47

    Referncias

    LVY-LEBLOND, Jean-Marc, A Electricidade e o Electromagnetismo em Perguntas, Gradiva, Lisboa, 1991.

    SCHRDINGER, Erwin, O Que a Vida?, Ed. Fragmentos, Lisboa, 1989, cap. VI, O Mistrio das Qualidades Sensoriais

    BACHELARD, Gaston, O Novo Esprito Cientfico, Edies 70, Lisboa, 1996.

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 89/47

    Referncias

    CHAIB & ASSIS. Apresentao distorcida da obra de Ampre nos livros didticos. In Anais do X EPEF, 2006. Disponvel em:

    SILVA & PIMENTEL. Benjamin Franklin e a Histria da Eletricidade em livros didticos. In Anais do X EPEF, 2006. Disponvel em

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 90/47

    Referncias

    http://portal.cbpf.br/index.php?page=GruposPesquisa.Apresentacao&grupo=33

    BEGALL, Sabine. Magnetic alignment in grazing and resting cattle and deer. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, v. 105, n. 36, pp. 1345113455, 9 set. 2008. Disponvel em . Acesso: 26 ago. 2008.

  • 16

    11-jun-2011 www.fisica-interessante.com 91/47

    Referncias

    http://pt.wikipedia.org/wiki/Histria_da_electricidade

    http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletricidade http://pt.wikipedia.org/wiki/Electrosttica http://pt.wikipedia.org/wiki/Magnetismo http://pt.wikipedia.org/wiki/Magnetosttica

Recommended

View more >