Princípios de Física - Eletromagnetismo

288 Pages·2014·20.865 MB·Portuguese

by  Serway,Raymond A., W. Jewett Junior ,John

Outras Obras
me Tradução da 5a edição e pRincípiOS de fíSica –
3
u norTe-americana m mecânica clássica e relatividade –
l 3
o u Volume 1
v volume
l Tradução da 5a edição norte-americana
3 o Raymond A. Serway e John W. Jewett, Jr.
v
RaymOnd a. SeRway pRincípiOS de fíSica –
Oscilações, ondas e
JOhn w. Jewett, JR.
termodinâmica – Volume 2
Tradução da 5a edição Tradução da 5a edição norte-americana
Raymond A. Serway e John W. Jewett, Jr.
norTe-americana
pRincípiOS de fíSica –
RaymOnd a. SeRway
Óptica e física moderna – Volume 4
eleTromagneTismo OJRa JOhn w. Jewett, JR. Tradução da 5a edição norte-americana
hy Raymond A. Serway e John W. Jewett, Jr.
nm
wO
n
Este livro, o terceiro volume de uma série de quatro, apresenta de . Jewd a fíSica paRa cientiStaS e
forma clara e lógica os conceitos e os princípios básicos da Física, e. S enGenheiROS – Volume 3
te eletricidade e magnetismo
facilitando sua compreensão por meio de vários exemplos práticos t, JRw Tradução da 8a edição norte-americana
que demonstram seu papel em outras disciplinas, bem como sua R.ay John W. Jewett, Jr. e Raymond A. Serway

aplicação a situações do mundo real.
Tradução
Nesta edição, os autores continuam a privilegiar o enfoque contextua l
da 5a edição
norTe-
para motivar o aluno, procuram evitar concepções errôneas e utilizam
-americana
a estratégia de resolução de problemas focada em modelos, evitando
as dificuldades corriqueiras quando se ministra um curso de física in- e
trodutório baseado no cálculo. l
e
neste volume: Forças elétricas e campos elétricos, Potencial elétrico T
e capacitância, Corrente e circuitos de corrente contínua, Forças e r
o
campos magnéticos, Lei de Faraday e indutância. eleTromagneTismo
m
aplicações: Destina-se a disciplinas como Física Geral, Mecânica e
Eletromagnetismo, dos cursos de Engenharia, Física, Matemática, a
Medicina e Biologia, entre outros. g
n
e
T
i
s
Trilha é uma solução digital, com plataforma de acesso em português, m
que disponibiliza ferramentas multimídia para uma nova estratégia de
ensino e aprendizagem. o
isbn 13 978-85-221-1638-6
isbn 10 85-221-1638-5
Para suas soluções de curso e
aprendizado, visite www.cengage.com.br 9 788522 116386
cpa_PRINCIPdeFISICA_v03 16mm.indd 1 6/4/14 5:29 PM
Outras Obras
me Tradução da 5a edição e pRincípiOS de fíSica –
3
u norTe-americana m mecânica clássica e relatividade –
l 3
o u Volume 1
v volume
l Tradução da 5a edição norte-americana
3 o Raymond A. Serway e John W. Jewett, Jr.
v
RaymOnd a. SeRway pRincípiOS de fíSica –
Oscilações, ondas e
JOhn w. Jewett, JR.
termodinâmica – Volume 2
Tradução da 5a edição Tradução da 5a edição norte-americana
Raymond A. Serway e John W. Jewett, Jr.
norTe-americana
pRincípiOS de fíSica –
RaymOnd a. SeRway
Óptica e física moderna – Volume 4
eleTromagneTismo OJRa JOhn w. Jewett, JR. Tradução da 5a edição norte-americana
hy Raymond A. Serway e John W. Jewett, Jr.
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Este livro, o terceiro volume de uma série de quatro, apresenta de . Jewd a fíSica paRa cientiStaS e
forma clara e lógica os conceitos e os princípios básicos da Física, e. S enGenheiROS – Volume 3
te eletricidade e magnetismo
facilitando sua compreensão por meio de vários exemplos práticos t, JRw Tradução da 8a edição norte-americana
que demonstram seu papel em outras disciplinas, bem como sua R.ay John W. Jewett, Jr. e Raymond A. Serway

aplicação a situações do mundo real.
Tradução
Nesta edição, os autores continuam a privilegiar o enfoque contextua l
da 5a edição
norTe-
para motivar o aluno, procuram evitar concepções errôneas e utilizam
-americana
a estratégia de resolução de problemas focada em modelos, evitando
as dificuldades corriqueiras quando se ministra um curso de física in- e
trodutório baseado no cálculo. l
e
neste volume: Forças elétricas e campos elétricos, Potencial elétrico T
e capacitância, Corrente e circuitos de corrente contínua, Forças e r
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campos magnéticos, Lei de Faraday e indutância. eleTromagneTismo
m
aplicações: Destina-se a disciplinas como Física Geral, Mecânica e
Eletromagnetismo, dos cursos de Engenharia, Física, Matemática, a
Medicina e Biologia, entre outros. g
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s
Trilha é uma solução digital, com plataforma de acesso em português, m
que disponibiliza ferramentas multimídia para uma nova estratégia de
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ISBN 13 978-85-221-1806-9
ISBN 10 85-221-1806-X
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9 788522 118069
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Princípios
de física
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Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Serway, Raymond A.
Princípios de física / Raymond A. Serway, John
W. Jewett Jr. ; tradução Foco Traduções ; revisão
técnica Keli Seidel. -- 1. ed. -- São Paulo :
Cengage Learning, 2014.
Título original: Principles of physics.
Conteúdo: V. 3. eletromagnetismo.
5. ed. norte-americana
ISBN 978-85-221-1806-9
1. Física 2. Óptica I. Jewett Jr., John W.
II. Título.
14-04776 CDD 539-535
Índice para catálogo sistemático:
1. Física Moderna 539
2. Ótica: Física 535
tradução da 5a edição
norte-americana
Princípios
de física
Volume III
Eletromagnetismo
Raymond A. Serway
James Madison University
John W. Jewett, Jr.
California State Polytechnic University, Pomona
Tradução:
Foco Traduções
Revisão técnica:
Keli Fabiana Seidel
Professora adjunta da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR
Austrália • Brasil • Japão • Coreia • México • Cingapura • Espanha • Reino Unido • Estados Unidos
PPrriinncc FFiissiiccaa vvooll IIIIII..iinnddbb iiiiii 0033//0066//22001144 1133::4455::1155
Princípios de física © 2013, 2015 Cengage Learning Edições Ltda.
Volume 3 – Eletromagnetismo Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro poderá
ser reproduzida, sejam quais forem os meios empregados, sem a
Tradução da 5a edição norte-americana
permissão, por escrito, da Editora. Aos infratores aplicam-se as sanções
Raymond A. Serway; John W. Jewett, Jr. previstas nos artigos 102, 104, 106 e 107 da Lei no 9.610, de 19 de
fevereiro de 1998.
Esta editora empenhou-se em contatar os responsáveis pelos direitos
Gerente editorial: Noelma Brocanelli
autorais de todas as imagens e de outros materiais utilizados neste livro.
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Fabiana Alencar Albuquerque algum deles, dispomo-nos a efetuar, futuramente, os possíveis acertos.
Editora de desenvolvimento: Gisela Carnicelli
Para informações sobre nossos produtos, entre em
Título original: Principles of Physics contato pelo telefone 0800 11 19 39
(ISBN 13: 978-1-133-11000-2) Para permissão de uso de material desta obra,
envie seu pedido para
Tradução: Foco Traduções
[email protected]
Revisão técnica: Keli Fabiana Seidel
© 2015 Cengage Learning. Todos os direitos reservados.
Revisão técnica dos apêndices e tabe-
las finais: Márcio Maia Vilela ISBN-13: 978-85-221-1806-9
ISBN-10: 85-221-1806-X
Copidesque e revisão: Cristiane Morinaga, Fábio Gonçalves,
e IEA Soluções Educacionais Cengage Learning
Condomínio E-Business Park
Indexação: Casa Editorial Maluhy & Co. Rua Werner Siemens, 111 – Prédio 11 – Torre A – Conjunto 12
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Editora de direitos de aquisição e iconografia: Vivian Rosa
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Analista de conteúdo e pesquisa: Javier Muniain
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Capa: MSDE/Manu Santos Design
Imagem da capa: Milan B/Shutterstock
Dedicamos este livro a nossas esposas, Elizabeth e Lisa,
e aos nossos filhos e netos por sua adorável compreensão
quando passamos o tempo escrevendo
em vez de estarmos com eles.
Impresso no Brasil.
Printed in Brazil.
1 2 3 4 5 6 7 15 14 13 12
Sumário
Sobre os autores xii 21.6 Fontes de FEM 106
21.7 Resistores em série e em paralelo 108
Prefácio ix
21.8 Leis de Kirchhoff 114
Ao aluno xxiii
21.9 Circuitos RC 117
21.10 Conteúdo em contexto: a atmosfera como um
Contexto 6 | Relâmpagos 1
condutor 123
19 Forças elétricas e campos elétricos 3 Contexto 6 | CONCLUSÃO
Determinando o número de raios 135
19.1 Visão histórica 4
Contexto 7 | Magnetismo na medicina 137
19.2 Propriedades de cargas elétricas 4
19.3 Isolantes e condutores 6
22 Forças magnéticas e campos
19.4 Lei de Coulomb 8
19.5 Campos elétricos 11 magnéticos 139
19.6 Linhas de campos elétricos 18
22.1 Síntese histórica 140
19.7 Movimento de partículas carregadas em um campo
22.2 O campo magnético 140
elétrico uniforme 20
22.3 Movimento de uma partícula carregada em um campo
19.8 Fluxo elétrico 22
magnético uniforme 144
19.9 Lei de Gauss 24
22.4 Aplicações envolvendo partículas carregadas em
19.10 Aplicação da lei de Gauss para vários
movimento em um campo magnético 148
distribuidores de cargas 27
22.5 Força magnética em um condutor transportando
19.11 Condutores em equilíbrio eletrostático 30
corrente 150
19.12 Conteúdo em contexto: o campo elétrico atmosférico 32
22.6 Torque em uma espira percorrida por corrente em um
campo magnético uniforme 153
20 Potencial elétrico e capacitância 45
22.7 Lei de Biot–Savart 156
20.1 Potencial elétrico e diferença de potencial 46 22.8 A força magnética entre dois condutores paralelos 159
20.2 Diferença de potencial em um campo elétrico 22.9 Lei de Ampère 160
uniforme 47 22.10 Campo magnético de um solenoide 164
20.3 Potencial elétrico e energia potencial gerados por cargas 22.11 Magnetismo na matéria 166
pontuais 50 22.12 Conteúdo em contexto: navegação magnética remota para
20.4 Obtenção o valor do campo elétrico com base no potencial procedimentos de ablação por cateter 167
elétrico 53
23 Lei de Faraday e indutância 181
20.5 Potencial elétrico gerado por distribuições de cargas
contínuas 55
23.1 Lei da indução de Faraday 181
20.6 Potencial elétrico gerado por um condutor carregado 58
23.2 FEM de movimento 186
20.7 Capacitância 61
23.3 Lei de Lenz 191
20.8 Combinações de capacitores 64
23.4 Forças eletromotrizes induzidas e campos elétricos 194
20.9 Energia armazenada em um capacitor carregado 68
23.5 Indutância 196
20.10 Capacitores com dielétricos 71
23.6 Circuitos RL 198
20.11 Conteúdo em contexto: a atmosfera como capacitor 75
23.7 Energia armazenada em um campo magnético 202
23.8 Conteúdo em contexto: o uso da estimulação magnética
21 Corrente e circuitos de
transcraniana na depressão 205
corrente contínua 89
Contexto 7 | CONCLUSÃO
21.1 Corrente elétrica 90 Ressonância magnética e ressonância
21.2 Resistência e Lei de Ohm 93 magnética nuclear 219
21.3 Supercondutores 99
Apêndices A-1
21.4 Um modelo de condução elétrica 100
Respostas dos testes rápidos e problemas ímpares R-1
21.5 Energia e potência nos circuitos elétricos 103
Índice remissivo I-1
v
PPrriinncc FFiissiiccaa vvooll IIIIII..iinnddbb vv 0033//0066//22001144 1133::4455::1166
PPrriinncc FFiissiiccaa vvooll IIIIII..iinnddbb vvii 0033//0066//22001144 1133::4455::1166
Sobre os autores
Raymond A. Serway recebeu seu doutorado no Illinois Institute of Technology e
é Professor Emérito na James Madison University. Em 2011, foi premiado com
um grau honorífico de doutorado pela sua alma mater, Utica College. Em 1990,
recebeu o prêmio Madison Scholar Award na James Madison University, onde
lecionou por 17 anos. Dr. Serway começou sua carreira de professor na Clark-
son University, onde conduziu pesquisas e lecionou de 1967 a 1980. Recebeu
o prêmio Distinguished Teaching Award na Clarkson University em 1977 e o
Alumni Achievement Award da Utica College em 1985. Como Cientista Convi-
dado no IBM Research Laboratory em Zurique, Suíça, trabalhou com K. Alex
Müller, que recebeu o Prêmio Nobel em 1987. Serway também foi cientista
visitante no Argonne National Laboratory, onde colaborou com seu mentor e
amigo, o falecido Dr. Sam Marshall. Serway é coautor de College Physics, nona
edição; Physiscs for Scientists and Engineers, oitava edição; Essentials of College Phy-
sics; Modern Physics; terceira edição; e o livro-texto “Physics” para ensino médio,
publicado por Holt McDougal. Adicionalmente, Dr. Serway publicou mais de
40 trabalhos de pesquisa no campo de Física da Matéria condensada e minis-
trou mais de 60 palestras em encontros profissionais. Dr. Serway e sua esposa,
Elizabeth, gostam de viajar, jogar golfe, pescar, cuidar do jardim, cantar no
coro da igreja e, especialmente, de passar um tempo precioso com seus quatro
filhos e nove netos e, recentemente, um bisneto.
John W. Jewett, Jr. concluiu a graduação em Física na Drexel University e o
doutorado na Ohio State University, especializando-se nas propriedades ópti-
cas e magnéticas da matéria condensada. Dr. Jewett começou sua carreira aca-
dêmica na Richard Stockton College of New Jersey, onde lecionou de 1974 a
1984. Atualmente, Professor Emérito de Física da California State Polytechnic
University, em Pomona. Durante sua carreira técnica de ensino, o Dr. Jewett
foi ativo em promover a educação efetiva da física. Além de receber quatro
prêmios National Science Foundation, ajudou a fundar e dirigir o Southern
California Area Modern Physics Institute (SCAMPI) e o Science IMPACT (Insti-
tute for Modern Pedagogy and Creative Teaching). As honrarias do Dr. Jewett
incluem o Stockton Merit Award na Richard Stockton College em 1980, foi sele-
cionado como professor de destaque na California State Polytechnic Univer-
sity em 1991-1992 e recebeu o prêmio de excelência no Ensino de Física Uni-
versitário da American Association of Physics Teachers (AAPT) em 1998. Em
2010, recebeu o “Alumni Achievement Award” da Universidade de Drexel em
reconhecimento às suas contribuições no ensino de Física. Já apresentou mais
de 100 palestras, tanto nos EUA como no exterior, incluindo múltiplas apre-
sentações nos encontros nacionais da AAPT. Dr. Jewett é autor de The World of
Physics: Mysteries, Magic, and Myth, que apresenta muitas conexões entre a Física
e várias experiências do dia a dia. Além de seu trabalho como coautor de Física
para Cientistas e Engenheiros, ele é também coautor de Princípios da Física, bem
como de Global Issues, um conjunto de quatro volumes de manuais de instrução
em ciência integrada para o ensino médio. Dr. Jewett gosta de tocar teclado
com sua banda formada somente por físicos, gosta de viagens, fotografia suba-
quática, aprender idiomas estrangeiros e colecionar aparelhos médicos antigos
que podem ser utilizados como aparatos em suas aulas. O mais importante, ele
adora passar o tempo com sua esposa, Lisa, e seus filhos e netos.
vii
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