Eletromagnetismo

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Eletromagnetismo
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Eletrostática Carga elétrica Lei de Coulomb Condutor Densidade de carga Permissividade Momento do dipolo elétrico Campo elétrico Potencial elétrico Fluxo elétrico / energia potencial Descarga electrostática Lei de Gauss Indução Isolante Densidade de polarização Eletricidade estática Triboeletricidade [en]
Magnetostática Lei de Ampère Lei de Biot – Savart Lei de Gauss para o magnetismo Campo magnético Fluxo magnético Momento do dipolo magnético Permeabilidade magnética Potencial escalar magnético Magnetização [en] Força magnetomotriz Vetor potencial magnético Regra da mão direita [en]
Eletrodinâmica Lei da força de Lorentz Indução eletromagnética Lei de Faraday Lei de Lenz Corrente de deslocamento Equações de Maxwell Campo eletromagnético Pulso eletromagnético Radiação eletromagnética Tensor de Maxwell Vetor de Poynting Potentiais de Liénard – Wiechert Equações de Jefimenko Corrente de Foucault Equações de London [en] Descrições matemáticas do campo eletromagnético [en]
Circuito elétrico Corrente alternada Capacitância Corrente contínua Corrente elétrica Eletrólise Densidade de corrente elétrica Lei de Joule Força eletromotriz Impedância Indutância Lei de Ohm Circuito paralelo Resistência [en] Cavidades ressonantes [en] Circuito em série Tensão elétrica Guias de onda
Formulação covariante [en] Tensor eletromagnético (Tensor de tensão–energia) Quadricorrente Quadripotencial eletromagnético
Cientistas Ampère Biot Coulomb Davy Einstein Faraday Fizeau Gauss Heaviside Henry Hertz Hopkinson Jefimenko [en] Joule Lenz Liénard Lorentz Maxwell Neumann Ørsted Ohm Poynting Ritchie [en] Savart Singer [en] Steinmetz Tesla Thomson Volta Weber Wiechert Poisson

No estudo da Física, o electromagnetismo ou eletromagnetismo 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 electromagnético.

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). 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 electromagnético.

Esta unificação foi terminada por James Clerk Maxwell, e escrita em fórmulas por Oliver Heaviside, no que foi uma das grandes descobertas da Física no século XIX. Essa descoberta posteriormente levou a um melhor entendimento da natureza da luz, ou seja, pôde-se entender que a luz é uma propagação de uma perturbação eletromagnética, ou melhor dizendo, a luz é uma onda eletromagnética. As diferentes freqüências de oscilação estão associadas a diferentes tipos de radiação. Por exemplo, ondas de rádio tem freqüências menores, a luz visível tem frequências intermediárias e a radiação gama tem as maiores freqüências.

A teoria do eletromagnetismo foi o que permitiu o desenvolvimento da teoria da relatividade especial por Albert Einstein em 1905.

A força eletromagnética

A força que um campo eletromagnético exerce sobre cargas elétricas, chamada João lourenço, 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. 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, 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 conseqüência do eletromagnetismo.

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

O eletromagnetismo clássico

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.

O efeito fotoelétrico

Em outra publicação sua no mesmo ano, Einstein pôs em dúvida vários princípios do eletromagnetismo clássico. Sua teoria do efeito fotoelétrico (pelo qual ganhou o Prêmio Nobel em Física) afirmava que a luz tinha em certo momento um comportamento corpuscular, isso porque a luz demonstrava carregar corpos com quantidades discretas de energia, esses corpos posteriormente passaram a ser chamados de fótons. Através de sua pesquisa, Max Planck mostrou que qualquer objeto emite radiação eletromagnética discretamente em pacotes, idéia que leva a teoria de Radiação de Corpo Negro. Todos esses resultados estavam em contradição com a teoria clássica da luz como uma mera onda contínua. As teorias de Planck e Einstein foram as causadoras da teoria da mecânica quântica, a qual, quando formulada em 1925, necessitava ainda de uma teoria quântica para o Eletromagnetismo.

Essa teoria só veio a aparecer em 1940, conhecida hoje como eletrodinâmica quântica; essa é uma das teorias mais precisas da Física nos dias de hoje.

Unidades

Sistema Internacional de Unidades para Eletromagnetismo
Símbolo	Nome da grandeza	Nome da unidade	Unidade	Unidades base
$I$	Corrente elétrica	ampère	A	A = W/V = C/s
$q$	Carga elétrica	coulomb	C	A·s
$V$	Diferença de potencial ou Potencial elétrico	volt	V	J/C = kg·m2·s−3·A−1
$R$, $Z$, $X$	Resistência elétrica, Impedância, Reatância	ohm	Ω	V/A = kg·m2·s−3·A−2
$\rho$	Resistividade	ohm metro	Ω·m	kg·m3·s−3·A−2
$P$	Potência elétrica	watt	W	V·A = J/s = kg·m2·s−3
$C$	Capacitância	farad	F	C/V = kg−1·m−2·A2·s4
$\lambda$	lambda	carga linear ou comprimento de onda
$\epsilon$	Permissividade	farad por metro	F/m	kg−1·m−3·A2·s4
$\chi _{e}$	Susceptibilidade elétrica	Adimensional	-	-
$G$, $Y$, $B$	Condutância, Admitância, Susceptância	siemens	S	Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2
$\sigma$	Condutividade	siemens por metro	S/m	kg−1·m−3·s3·A2
${\vec {B}}$	Campo magnético,densidade de fluxo magnético, Indução magnética	tesla	T	Wb/m2 = kg·s−2·A−1 = N·A−1·m−1
$\Phi _{m}$	Fluxo magnético	weber	Wb	V·s = kg·m2·s−2·A−1
$\Phi _{e}$	Fluxo elétrico	coulomb	C
$H$	Intensidade magnética	ampère por metro	A/m	A·m−1
	Relutância	ampère por weber	A/Wb	kg−1·m−2·s2·A2
$L$	Indutância	henry	H	Wb/A = V·s/A = kg·m2·s−2·A−2
$\mu$	Permeabilidade	henry por metro	H/m	kg·m·s−2·A−2
$\chi _{m}$	Susceptibilidade magnética	Adimensional
$\chi _{m}$	Susceptibilidade magnética	Adimensional
${\tilde {H}}$	função de transferência
$\alpha$	coeficiente de temperatura
${\boldsymbol {\varepsilon }}\quad {\boldsymbol {\varepsilon ^{'}}}$	força e contra força elemotriz
$\varphi$	Fase Inicial
$\omega$	velocidade angular ou frequência angular

Outras Unidades para o Eletromagnetismo
Símbolo	Unidade	Descrição
$\Omega$	ohm	(unidade SI de resistência)
$\mathbb {A} ,\mathbb {B}$	Fasor
$E_{\text{máx}}$	rigidez dielétrica
$eV$	Elétron	eletrão-volt (unidade de energia)
$F$	Farad	(unidade SI de capacidade)
$f$	Frequência
$G$	Gauss	(unidade de campo magnético) ou prefixo giga ($10^{9}$)
$h$	constante de Planck
$K$	constante dielétrica
$M$	indutância mútua
${\vec {m}}$	momento magnético
$R$	função resposta de frequência
$e$	carga elementar
$t_{C},t_{L}$	Constantes de Tempo
$U_{\mathrm {e} }$	energia potencial eletrostática
$U_{\mathrm {g} }$	energia potencial gravítica
$\mathrm {T}$	período de uma onda harmónica ou temperatura
$Z$	Impedância
$k_{\mathrm {m} }$	constante magnética
$\Delta$	aumento de uma grandeza física
${\vec {E}}$	campo elétrico
$f_{\text{máx}}$	valor máximo da função sinusoidal
$\mathrm {A,B} \ldots$	pontos no espaço, curvas, superfícies e sólidos
$k$	constante de Coulomb
${\vec {\tau }}$	torque
$Hz$	Hertz	hertz (unidade SI de frequência)
${\bar {f}}$		valor médio da função $f$
${\tilde {f}}$		transformada de Laplace da função $f$
$f',f''\ldots$		derivadas da função $f$ de uma variável
$\rho$		carga volúmica ou resistividade

Ver também

• Força Eletromagnética
• Equações de Maxwell

Ligações externas

• Electromagnetic Tutorials and Forums EM Talk
• MIT Video Lectures - Electricity and Magnetism from Spring 2002. Taught by Professor Walter Lewin.
• Electricity and Magnetism - an online textbook (uses algebra, with optional calculus-based sections)
• Electromagnetic Field Theory - an online textbook (uses calculus)
• Classical Electromagnetism: An intermediate level course - an online intermediate level texbook downloadable as PDF file
• Science Aid: electromagnetism Electromagnetism, aimed at teens.
• Motion Mountain A modern introduction to electromagnetism and its effects in everyday life.
• Books on Electromagnetism and RF field
• Dr. David C. Jenn's site - specializing in radar systems and electromagnetic scattering and radiation
• Gallery of Electromagnetic Personalities
• MSci Electromagnetic Theory Lecture Notes
• PHY2206 Electromagnetic Fields Course Handouts
• Dr. David Kagan Physics 204B Lecture Notes
• Sophocles J. Orfanidis' Electromagnetic Waves and Antennas
• MAS207 Electromagnetism Lecture Notes
• PHYS1002 - Electromagnetism, Optics, Relativity and Quantum Physics I
• Dr. Zbigniew Ficek's PHYS3050 Electromagnetic theory lecture notes
• University of Cambridge's Advanced Physics Electromagnetism
• ECEN4364 Principles of RF and Microwave Measurements lecture notes
• B7 Relativity and Electromagnetism
• NMJ Woodhouse's Special Relativity and Electromagnetism
• NMJ Woodhouse's General Relativity
• Maxwell, Mechanism and the Nature of Electricity
• Electromagnetism Mathematica notes
• Differential Forms in Electromagnetic Theory
• The Life of James Clerk Maxwell - prepared by James C. Rautio of Sonnet Software, Inc.
• Classical Electrodynamics and Theory of Relativity - by Ruslan Sharipov
• Axial Vectors - by Alain Bossavit

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