Campo Magnético

Circuito RC

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Cargas Elétricas e o Campo Magnético

O Campo Magnético

Hoje é claro que o magnetismo e a eletricidade são fenômenos diretamente relacionados. Esta relação só foi claramente estabelecida no século dezenove. A História do magnetismo iniciou-se muito cedo com os nossos antepassados pertencentes as civilizações da Ásia Menor e foi nesta região conhecida como Magnésia que foram encontradas algumas rochas que tinham o poder de atrair uma outra.

Os primeiros fenômenos magnéticos observados foram, sem dúvida, aqueles associados aos chamados imãs naturais, fragmentos das rochas (minério de ferro) encontradas perto da cidade de Magnésia. Esses imãs naturais têm a propriedade de atrair ferro desmagnetizado, o efeito sendo mais pronunciado em certas regiões do imã conhecidas como pólos. Os chineses já sabiam, desde 121 D.C., que um barra de ferro, depois de colocada perto de um imã natural, adquiria e retinha essa propriedade do imã e que quando uma dessas barras era suspensa livremente em torno de um eixo vertical, ela se dispunha, aproximadamente, ao longo da direção geográfica Norte-Sul. Este fenômeno levou a utilização dos imãs como instrumentos de navegação, pelo menos, desde o século XI. Isto significa que a Terra tem um campo magnético próprio, como mostra a Fig. 1. Podemos observar que os pólos Norte e Sul geográficos terrestre estão invertidos com relação aos pólos Norte e Sul magnéticos.

Fig. 1 - A Terra é um imã permanente

Durante muitos anos, o estudo dos fenômenos magnéticos esteve restrito aos imãs feitos desse modo. Até 1819, não havia sido mostrada conexão alguma entre os fenômenos elétricos e magnéticos. Naquele ano, o cientista dinamarquês Hans Christian Oersted (177-1851) observou que um imã pivotado (um agulha de bússola) era defletido quando colocado na vizinhança de um fio por onde passava uma corrente elétrica. Doze anos mais tarde, depois de tentativas que se estenderam por vários anos, o físico inglês Michael Faraday (1791-1867) verificou que aparecia uma corrente momentânea em um circuito quando, em um circuito vizinho, se iniciava ou se interrompia uma corrente. Pouco depois, seguiu-se a descoberta de que o movimento de um imã se aproximando ou se afastando de um circuito produziria o mesmo efeito. Joseph Henry (1797-1878), um cientista americano que veio a ser, mais tarde, havia se antecipado de cerca de uma às descobertas de Faraday; como este último foi o primeiro a publicar os seus resultados, os créditos são-lhe, usualmente, atribuídos. O trabalho de Oersted demonstrou, pois, que efeitos magnéticos podiam ser produzidos por cargas elétricas em movimento, enquanto os de Faraday e de Henry mostraram que correntes podiam ser produzidas por imãs em movimento.

Acredita-se, hoje em dia, que os chamados fenômenos magnéticos resultam de forças entre cargas elétricas em movimento. Isto é, cargas em movimento, relativo a um observador, criam tanto um campo magnético quanto um campo elétrico e esse campo magnético exerce força sobre um segunda carga que esteja em movimento em relação ao observador. Como os elétrons nos átomos estão em movimento em torno dos núcleos atômicos e como cada elétron parece estar em rotação contínua em torno de um eixo passando por ele, espera-se que todos os átomos exibam efeitos magnéticos; de fato, verifica-se que este é o caso. A possibilidade de que as propriedades magnéticas da matéria resultassem de minúscula correntes atômicas foi, primeiramente, sugerida por Ampère em 1820.
Vimos em aulas anteriores que duas cargas em repouso interagem entre si produzindo uma força. Esta força de interação é dada pela lei de Coulomb:

(1)

Quando ambas as cargas se movem em nosso sistema de referência com velocidades v, como mostra a Fig.1, observa-se experimentalmente que a força agindo em ambas cargas é reduzida de um fator que depende da velocidade das partículas. Veja a animação na Fig. 2.

Fig. 2 - Interação magnética entre cargas elétricas em movimento

A força resultante assume a seguinte forma;

(2)

onde c é a velocidade da luz. Observe que a força como definida na equação (2) é composta por dois termos, sendo um deles dependente da velocidade. O termo dependente da velocidade é denominada força magnética (F_m). Assim, a força resultante é composta de duas forças: uma eletrostática (F_e) e a outra magnética (F_m). Observe que F_m só existirá enquanto as partículas estiverem em movimento.
Veja na seção "Força de Lorentz" mais algumas propriedades desta força magnética, assim como a sua conexão com a eletricidade.

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