Exercícios Resolvidos de Equações de Maxwell

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Enunciado

A lei de conservação da carga para sistemas abertos (equação da continuidade) é

representada pela equação

d Q s a l d o d t = - ∮ j → . d A →

Dê o significado convencional dos termos dessa equação.

Passo 1

Nessa questão o único objetivo é determinar o significado físico de cada termo da fórmula, dessa forma, vamos definir os seus significados e já ir para a próxima questão

Passo 2

d Q s a l d o d t

Esse termo podemos deduzir pela própria definição de derivada, pensa no seguinte, a derivada não é uma taxa de variação? Temporal na maioria das vezes? Então o termo d Q s a l d o d t só pode representar uma taxa que nesse caso é uma taxa temporal de variação da carga, nesse caso consideramos essa taxa de variação ocorrendo em um volume V determinado. E pensa comigo, qual a unidade de variação de carga por tempo?

Não é coulomb/tempo?

Isso representa uma intensidade de corrente elétrica, que é exatamente a unidade desse termo.

Passo 3

O segundo termo pode ser facilmente entendido da seguinte forma

j →

É a nossa densidade de corrente elétrica, e sabemos que sua fórmula é j = i a que representa a corrente elétrica por unidade de área. Como aqui estamos falando do vetor j → ele indica a densidade de corrente que atravessa a superfície.

Passo 4

Mas pensa no seguinte, se j = i a e estamos, nesse caso, multiplicando o nosso j por um d A → estamos calculando a intensidade de corrente elétrica, certo?

Então o nosso termo

- ∮ j → . d A →

Representa o fluxo de cargas na superfície S, e nesse caso é negativo pois consideramos o fluxo como entrando na nossa superfície, dessa forma damos um macete para que fique bem gravado cada termo dessa fórmula.

Resposta

a) d Q s a l d o d t = v a r i a ç ã o   d e   c a r g a   n o   t e m p o ( i n t e n s i d a d e   d e   c o r r e n t e )

b) - ∮ j → . d A → ( f l u x o   d e   c a r g a ,   c o r r e n t e   e l e t r i c a   e   a ç ã o   d o   v e t o r   d e n s i d a d e   d e   c o r r e n t e  

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