Fonte: Yong P. Chen, PhD, Departamento de Física & Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade purdue, West Lafayette, IN
Capacitores (C), indutores (L) e resistores (R) são cada um elemento importante do circuito com comportamentos distintos. Um resistor dissipa energia e obedece à lei de Ohm, com sua tensão proporcional à sua corrente. Um capacitor armazena energia elétrica, com sua corrente proporcional à taxa de mudança de sua tensão, enquanto um indutor armazena energia magnética, com sua tensão proporcional à taxa de mudança de sua corrente. Quando esses elementos de circuito são combinados, eles podem fazer com que a corrente ou tensão varie com o tempo de várias maneiras interessantes. Essas combinações são comumente usadas para processar sinais elétricos dependentes de tempo ou frequência, como em circuitos de corrente alternada (AC), rádios e filtros elétricos. Este experimento demonstrará os comportamentos dependentes do tempo dos circuitos resistor-capacitor(RC), indutor de resistor (RL) e capacitor indutor (LC). O experimento demonstrará os comportamentos transitórios dos circuitos RC e RL usando uma lâmpada (resistor) conectada em série a um capacitor ou indutor, ao conectar (e ligar) uma fonte de alimentação. O experimento também demonstrará o comportamento oscilatório de um circuito LC.
Physics II
Fonte: Yong P. Chen, PhD, Departamento de Física & Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade purdue, West Lafayette, IN
Um campo elétrico é gerado por um objeto carregado (chamado de carga de origem) no espaço ao seu redor, e representa a capacidade de exercer força elétrica em outro objeto carregado (referido como a carga de teste). Representado por um vetor em qualquer ponto do espaço, o campo elétrico é a carga de teste de força elétrica por unidade colocada naquele ponto (a força em uma carga arbitrária seria o tempo de carga do campo elétrico). O campo elétrico é fundamental para a eletricidade e efeitos das cargas, e também está intimamente relacionado a outras quantidades importantes, como a tensão elétrica.
Este experimento usará pós eletrificados em um óleo que se alinha com campos elétricos produzidos por eletrodos carregados para visualizar as linhas de campo elétrico. Este experimento também demonstrará como um campo elétrico pode induzir cargas e como as cargas respondem ao campo elétrico observando o efeito de uma haste carregada em uma lata de refrigerante próxima.
Physics II
Fonte: Yong P. Chen, PhD, Departamento de Física & Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade purdue, West Lafayette, IN
O potencial elétrico, também conhecido como "tensão", mede a energia potencial elétrica por carga unitária. O campo elétrico é uma quantidade escalar e é fundamental para muitos efeitos elétricos. Como energia potencial, o que é fisicamente significativo é a diferença no potencial elétrico. Por exemplo, a variação espacial no potencial elétrico está relacionada ao campo elétrico, o que dá origem à força elétrica em uma carga. A diferença no potencial elétrico entre dois pontos em um resistor impulsiona o fluxo de corrente elétrica.
Este experimento usará um medidor de volts e um tubo fluorescente para demonstrar o potencial elétrico (mais precisamente, a diferença potencial entre dois pontos no espaço) gerado por uma esfera carregada. O experimento demonstrará o conceito de superfícies equipotenciais, que são perpendiculares aos campos elétricos.
Physics II
Fonte: Yong P. Chen, PhD, Departamento de Física & Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade purdue, West Lafayette, IN
Campos magnéticos podem ser gerados por cargas móveis, como uma corrente elétrica. O campo magnético gerado por uma corrente pode ser calculado a partir da equação de Maxwell. Além disso, objetos magnéticos como ímãs de barras também podem gerar campos magnéticos devido à dinâmica microscópica de cargas dentro do material. Os campos magnéticos exercerão força magnética em outras cargas móveis ou objetos magnéticos, com a força proporcional ao campo magnético. Os campos magnéticos são fundamentais para o eletromagnetismo e estão por trás de muitas aplicações práticas que vão desde bússolas até ressonância magnética.
Este experimento demonstrará campos magnéticos produzidos por um ímã de barra permanente, bem como uma corrente elétrica, usando pequenos ímãs de agulha de bússola que se alinham com campos magnéticos. Este experimento também demonstrará a força exercida pelos campos magnéticos produzidos por uma corrente em outro fio de transporte atual.
Physics II
Fonte: Yong P. Chen, PhD, Departamento de Física && Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade purdue, West Lafayette, IN
O efeito fotoelétrico refere-se à emissão de elétrons de um metal quando a luz está brilhando sobre ele. Para que os elétrons sejam libertados do metal, a frequência da luz precisa ser suficientemente alta para que os fótons na luz tenham energia suficiente. Essa energia é proporcional à frequência de luz. O efeito fotoelétrico forneceu a evidência experimental para o quântico de luz que é conhecido como fóton.
Este experimento demonstrará o efeito fotoelétrico usando um metal de zinco carregado sujeito a uma luz de lâmpada regular, ou luz ultravioleta (UV) com maior frequência e energia de fótons. A placa de zinco será conectada a um eletroscópio, um instrumento que pode ler a presença e a quantidade relativa de cargas. O experimento demonstrará que a luz UV, mas não a lâmpada regular, pode descarregar o zinco carregado negativamente ejetando seus elétrons em excesso. Nenhuma fonte de luz, no entanto, pode descarregar zinco carregado positivamente, consistente com o fato de que elétrons que são emitidos em efeito fotoelétrico.
Physics II
Fonte: Yong P. Chen, PhD, Departamento de Física & Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade purdue, West Lafayette, IN
Interferência e difração são fenômenos característicos de ondas, que vão desde ondas de água até ondas eletromagnéticas, como a luz. A interferência refere-se ao fenômeno de quando duas ondas do mesmo tipo se sobrepõem para dar uma variação espacial alternada de amplitude de ondas grandes e pequenas. Difração refere-se ao fenômeno de quando uma onda passa por uma abertura ou gira em torno de um objeto, diferentes partes da onda podem interferir e também dar origem a uma alternância espacial de grande e pequena amplitude.
Este experimento demonstrará a natureza das ondas da luz observando a difração e a interferência de uma luz laser que passa por uma única fenda e fendas duplas, respectivamente. As fendas são simplesmente cortadas usando lâminas de barbear em uma folha de alumínio e os padrões característicos de difração e interferência se manifestam como padrões de alternação de claras e franjas escuras em uma tela colocada após a folha, quando a luz é brilhoda através da fenda(s) na folha. Historicamente, a observação da difração e interferência da luz desempenharam papéis importantes no estabelecimento de que a luz é uma onda eletromagnética.
Physics II
Fonte: Yong P. Chen, PhD, Departamento de Física & Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade purdue, West Lafayette, IN
Este experimento demonstra como a corrente é distribuída em resistores conectados em séries ou paralelos, e assim descreve como calcular a resistência total "eficaz". Usando a lei de Ohm, é possível converter entre a tensão e a corrente através de uma resistência, se a resistência for conhecida.
Para dois resistores conectados em série, (o que significa que eles são conectados um após o outro), a mesma corrente fluirá através deles. As tensões somarão-se a uma "tensão total", e assim, a total "resistência efetiva" é a soma das duas resistências. Isso às vezes é chamado de "divisor de tensão" porque a tensão total é dividida entre os dois resistores em proporção às suas resistências individuais.
Para dois resistores conectados em paralelo, (o que significa que ambos estão conectados entre dois terminais compartilhados), a corrente é dividida entre os dois enquanto eles compartilham a mesma tensão. Neste caso, a recíproca da resistência efetiva total igualará a soma dos recíprocos das duas resistências.
Resistores de série e paralelos são um componente-chave para a maioria dos circuitos e influenciam como a eletricidade é usada na maioria das aplicações.
Physics II
Fonte: Yong P. Chen, PhD, Departamento de Física & Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade purdue, West Lafayette, IN
Este experimento usará capacitores comerciais e um capacitor de placas paralelas para demonstrar o conceito de capacitância. Um capacitor armazena cargas opostas em dois condutores, por exemplo, duas placas metálicas opostas, levando a uma diferença potencial (queda de tensão) entre os dois condutores. A quantidade de carga em cada condutor é proporcional a essa queda de tensão, com a capacitância como fator de proporcionalidade. Se a tensão estiver mudando com o tempo, a corrente fluindo para o capacitor será proporcional à taxa dessa mudança, e novamente a capacitância é o fator de proporcionalidade.
A capacitância do capacitor da placa paralela é o produto da constante dielétrica com a distância entre as placas divididas pela área da placa. Este experimento demonstrará a proporcionalidade com a distância, primeiro depositando alguma carga no capacitor e, em seguida, usando um voltímetro de alta impedância (eletrometro) para monitorar a tensão entre as placas à medida que a distância é aumentada. A mudança de tensão também será monitorada com um material dielétrico, como uma placa de plástico inserida no espaço entre as placas metálicas.
Um medidor de capacitância será utilizado para medir diretamente o capacitão, bem como para medir conexões paralelas e em série de capacitores disponíveis comercialmente e para estudar como o capacito total está relacionado aos capacitâncias individuais.
Physics II
