Eletromagnetismo

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

No estudo da Física, o eletromagnetismo (AO 1945: electromagnetismo) é o nome da teoria unificada desenvolvida por James Maxwell para explicar a relação entre a eletricidade e o magnetismo. Esta teoria baseia-se no conceito de campo eletromagnético.[1]

O campo magnético é resultado do movimento de cargas elétricas, ou seja, é resultado de corrente elétrica. O campo magnético pode resultar em uma força eletromagnética quando associada a ímãs.

A variação do fluxo magnético resulta em um campo elétrico (fenômeno conhecido por indução eletromagnética, mecanismo utilizado em geradores elétricos, motores e transformadores de tensão).[1] Semelhantemente, a variação de um campo elétrico gera um campo magnético. Devido a essa interdependência entre campo elétrico e campo magnético, faz sentido falar em uma única entidade chamada campo eletromagnético.

História

Ver artigo principal: História do eletromagnetismo

Desde a Grécia Antiga, fenômenos magnéticos e elétricos são conhecidos. Mas foi somente no início do século XVII que se começaram a formular explicações científicas destes fenômenos.[2] Durante estes dois séculos, XVII e XVIII, célebres cientistas como William Gilbert, Otto von Guericke, Stephen Gray, Benjamin Franklin e Alessandro Volta, entre outros, dedicaram-se a investigar estes dois fenômenos separadamente e chegaram a conclusões coerentes com seus experimentos.

Michael Faraday

No início do século XIX, Hans Christian Ørsted obteve evidência empírica da relação entre os fenômenos magnéticos e elétricos. A partir daí, os trabalhos de físicos como André-Marie Ampère, William Sturgeon, Joseph Henry, Georg Simon Ohm, Michael Faraday foram unificados por James Clerk Maxwell em 1861 por meio de equações que descreviam ambos os fenômenos como um só: o fenômeno eletromagnético.[2] Esta unificação foi uma das grandes descobertas da física no século XIX.

James Clerk Maxwell.

As chamadas equações de Maxwell demonstravam que os campos elétricos e magnéticos eram manifestações de um só campo eletromagnético. Além disso, descreviam a natureza ondulatória da luz, mostrando-a como uma onda eletromagnética.[3]

Com uma teoria única e consistente, que descrevia os dois fenômenos anteriormente julgados distintos, os físicos puderam realizar vários experimentos prodigiosos e inventos úteis, como a lâmpada elétrica (Thomas Alva Edison) ou o gerador de corrente alternada (Nikola Tesla).[4] O êxito preditivo da teoria de Maxwell e a busca de uma interpretação coerente das suas implicações foi o que levou Albert Einstein a formular sua teoria da relatividade, que se apoiava em alguns resultados prévios de Hendrik Antoon Lorentz e Henri Poincaré.[1]

Na primeira metade do século XX, com o advento da mecânica quântica, o eletromagnetismo teve sua formulação refinada, com o objetivo de adquirir coerência com a nova teoria. Isto se conseguiu na década de 1940, quando se completou a teoria quântica eletromagnética, mais conhecida como eletrodinâmica quântica.

A força eletromagnética

A força que um campo eletromagnético exerce sobre cargas elétricas, chamada força eletromagnética, é uma das quatro forças fundamentais. As outras são: a força nuclear forte (que mantém o núcleo atômico coeso), a força nuclear fraca (que causa certas formas de decaimento radioativo), e a força gravitacional.[1] Quaisquer outras forças provêm necessariamente dessas quatro forças fundamentais.

A força eletromagnética tem a ver com praticamente todos os fenômenos físicos que se encontram no cotidiano, com exceção da gravidade. Isso porque as interações entre os átomos são regidas pelo eletromagnetismo, já que são compostos por prótons e elétrons, ou seja, por cargas elétricas. Do mesmo modo as forças eletromagnéticas interferem nas relações intermoleculares, ou seja, entre nós e quaisquer outros objetos. Assim podem-se incluir fenômenos químicos e biológicos como consequência do eletromagnetismo.

Cabe ressaltar que, conforme a eletrodinâmica quântica, a força eletromagnética é resultado da interação de cargas elétricas com fótons.

O eletromagnetismo clássico

Eletroímã: um exemplo de aplicação da força eletromagnética.

O cientista William Gilbert propôs que a eletricidade e o magnetismo, apesar de ambos causarem efeitos de atração e repulsão, seriam efeitos distintos. Entretanto marinheiros percebiam que raios causavam perturbações nas agulhas das bússolas, mas a ligação entre os raios e a eletricidade ainda não estava traçada até os experimentos que Benjamin Franklin propôs em 1752. Um dos primeiros a descobrir e publicar as relações entre corrente elétrica e o magnetismo foi Romagnosi, que em 1802 afirmou que um fio conectado a uma pilha provocava um desvio na agulha de uma bússola que estivesse próxima. No entanto essa notícia não recebeu o crédito que lhe era devido até que, em 1820, Hans Christian Ørsted montou um experimento similar.

A teoria do eletromagnetismo foi desenvolvida por vários físicos durante o século XIX, culminando finalmente no trabalho de James Clerk Maxwell, o qual unificou as pesquisas anteriores em uma única teoria e descobriu a natureza eletromagnética da luz. No eletromagnetismo clássico, o campo eletromagnético obedece a uma série de equações conhecidas como equações de Maxwell, e a força eletromagnética pela Lei de Lorentz.

Uma das características do eletromagnetismo clássico é a dificuldade em associar com a mecânica clássica, compatível porém com a relatividade especial. Conforme as equações de Maxwell, a velocidade da luz é uma constante, depende apenas da permissividade elétrica e permeabilidade magnética do vácuo. Isso porém viola a invariância de Galileu, a qual já era há muito tempo base da mecânica clássica. Um caminho para reconciliar as duas teorias era assumir a existência de éter luminífero através do qual a luz propagaria. No entanto, os experimentos seguintes falharam em detectar a presença do éter. Em 1905, Albert Einstein resolveu o problema com a teoria da relatividade especial, a qual abandonava as antigas leis da cinemática para seguir as transformações de Lorentz as quais eram compatíveis com o eletromagnetismo clássico.

A teoria da relatividade mostrou também que adotando-se um referencial em movimento em relação a um campo magnético, tem-se então um campo elétrico gerado. Assim como também o contrário era válido, então de fato foi confirmado a relação entre eletricidade e magnetismo. Portanto o termo "eletromagnetismo" estava consolidado.

Unidades

Sistema Internacional de Unidades para Eletromagnetismo
Símbolo Nome da grandeza Nome da unidade Unidade Unidades base
Corrente elétrica ampère A A = W/V = C/s
Carga elétrica coulomb C A·s
Diferença de potencial ou Potencial elétrico volt V J/C = kg·m2·s−3·A−1
, , Resistência elétrica, Impedância, Reatância ohm Ω V/A = kg·m2·s−3·A−2
Resistividade ohm metro Ω·m kg·m3·s−3·A−2
Potência elétrica watt W V·A = J/s = kg·m2·s−3
Capacitância farad F C/V = kg−1·m−2·A2·s4
lambda carga linear ou comprimento de onda
Permissividade farad por metro F/m kg−1·m−3·A2·s4
Susceptibilidade elétrica Adimensional - -
, , Condutância, Admitância, Susceptância siemens S Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2
Condutividade siemens por metro S/m kg−1·m−3·s3·A2
Campo magnético,densidade de fluxo magnético, Indução magnética tesla T Wb/m2 = kg·s−2·A−1 = N·A−1·m−1
Fluxo magnético weber Wb V·s = kg·m2·s−2·A−1
Fluxo elétrico coulomb C
Intensidade magnética ampère por metro A/m A·m−1
Relutância ampère por weber A/Wb kg−1·m−2·s2·A2
Indutância henry H Wb/A = V·s/A = kg·m2·s−2·A−2
Permeabilidade henry por metro H/m kg·m·s−2·A−2
Susceptibilidade magnética Adimensional
Susceptibilidade magnética Adimensional
função de transferência
coeficiente de temperatura
força e contra força elemotriz
Fase Inicial
velocidade angular ou frequência angular
Outras Unidades para o Eletromagnetismo
Símbolo Unidade Descrição
ohm (unidade SI de resistência)
Fasor
rigidez dielétrica
Elétron eletrão-volt (unidade de energia)
Farad (unidade SI de capacidade)
Frequência
Gauss (unidade de campo magnético) ou prefixo giga ()
constante de Planck
constante dielétrica
indutância mútua
momento magnético
função resposta de frequência
carga elementar
Constantes de Tempo
energia potencial eletrostática
energia potencial gravítica
período de uma onda harmónica ou temperatura
Impedância
constante magnética
aumento de uma grandeza física
campo elétrico
valor máximo da função sinusoidal
pontos no espaço, curvas, superfícies e sólidos
constante de Coulomb
torque
Hertz hertz (unidade SI de frequência)
valor médio da função
transformada de Laplace da função
derivadas da função de uma variável
carga volúmica ou resistividade

Referências

  1. a b c d Marco Aurélio da Silva. «Eletromagnetismo». R7. Brasil Escola. Consultado em 12 de dezembro de 2012 
  2. a b Rafael Lopez Valverde. «Historia del Electromagnetismo» (PDF) (em espanhol). Consultado em 13 de fevereiror de 2008  Verifique data em: |acessodata= (ajuda)
  3. Clerk Maxwell, James (1873). «A Treatise on Electricity and Magnetism» (em inglês). Consultado em 20 de novembro de 2007 
  4. Tesla, Nikola (1856–1943). «Obras de Nikola Tesla» (em inglês). Wikisource. Consultado em 20 de novembro de 2007 

Ver também

Predefinição:Portal-física

Ligações externas

Outros projetos Wikimedia também contêm material sobre este tema:
Wikilivros Livros e manuais no Wikilivros
  1. Forças Magnéticas, materiais e indutância.
  2. Aplicações das equações de Maxwell para campos variáveis em relação ao tempo.
  3. Propagação e reflexão de ondas planas em meios isotópicos.
  4. Ondas planas e linhas de transmissão.