Os campos magnéticos são gerados pelo movimento de cargas elétricas ou como uma propriedade intrínseca de certos materiais o que torna o magnetismo uma parte fundamental da nossa existência.
O campo magnético da Terra desvia partículas muito energéticas que vêm do espaço e também nos permite localizar-nos com a ajuda de uma bússola. Os dispositivos eletrônicos que usamos utilizam magnetismo e aceleradores de partículas utilizam poderosos campos magnéticos para direcioná-los. Os campos magnéticos permitem até mesmo que diagnósticos médicos sejam feitos em uma técnica chamada Ressonância Magnética.
Cargas elétricas em movimento experimentam uma força quando se movem através de um campo magnético, isso é conhecido como “Força de Lorentz”. Seja \(\overrightarrow {{F_B}} \) a força exercida por um campo magnético sobre uma carga elétrica em movimento, ela obedecerá à seguinte equação:
\(\overrightarrow {{F_B}} = q\vec v \times \vec B\)
Onde \(q\) é a magnitude da carga elétrica, \(\vec v\) é a velocidade da carga, \(\vec B\) é o campo magnético e o sinal \( \times \) corresponde a o produto vetorial entre essas quantidades. A magnitude da força magnética é:
\(\left| {\overrightarrow {{F_B}} } \right| = q\left| {\vec v} \right|\left| {\vec B} \right|\sin \theta \)
Neste caso \(\theta \) é o ângulo que existe entre o vetor velocidade e as linhas do campo magnético. A partir daqui podemos observar algo interessante, se \(\theta = 90^\circ \) ou \(\theta = 180^\circ \), então \(\left| {\overrightarrow {{F_B}} } \right| = 0\). Ou seja, se a velocidade da carga elétrica for paralela ou antiparalela ao campo magnético, ela não experimentara nenhuma força magnética.
A maneira como os campos elétricos desviam cargas elétricas em movimento permitiu a J. J. Thomson, em 1897, perceber que os raios catódicos eram na verdade cargas elétricas em movimento já que eram desviados na presença de campos magnéticos. Medindo a deflexão dos raios catódicos pela ação de um campo magnético, Thomson conseguiu descobrir que as cargas elétricas dos raios catódicos tinham que ser negativas e que sua massa era cerca de mil vezes menor que a do átomo de hidrogênio. A descoberta de Thomson é considerada a primeira evidência da existência do elétron.
O fato de as correntes elétricas poderem produzir campos magnéticos foi a primeira indicação de que os fenômenos elétricos e magnéticos estavam conectados. Isso foi observado pelo cientista Hans Christian Oersted em 1820. Oersted estava dando uma aula sobre eletricidade e magnetismo quando percebeu que a agulha de uma bússola se movia se fosse colocada perto de um cabo por onde passava uma corrente elétrica, da mesma forma que ela se alinha com o campo magnético da Terra.
Após esta descoberta feita por Oersted, os físicos Jean-Baptiste Biot e Felix Savart reproduziram-na no seu laboratório e perceberam que a força magnética produzida pelo cabo elétrico diminuía à medida que se afastavam dele. Biot e Savart enunciaram então a sua lei, conhecida como “Lei Biot-Savart”, que descreve o campo magnético produzido por uma corrente elétrica e que tem a formula:
\(d\vec B = \frac{{{\mu _0}}}{{4\pi }}\frac{{id\vec s \times \hat r}}{{{r^2}}}\)
Onde \(d\vec B\) é um elemento de campo magnético diferencial, \({\mu _0}\) é uma constante chamada “Permeabilidade Magnética” cujo valor é \({\mu _0} = 4\pi \times {10^{ – 7}}Tm/A\), \(id\vec s\) é conhecido como “Elemento de Corrente Longitudinal” e sua magnitude é a magnitude da corrente no referido elemento sendo sua direção a mesma que a de a corrente, o termo \(\hat r\) é um vetor unitário com direção do elemento de corrente elétrica até o ponto onde o campo magnético é medido e, \(r\) é a distância entre a corrente e o ponto onde o campo magnético é medido.
Com isso podemos calcular a magnitude do campo magnético a uma distância \(r\) de um cabo através do qual flui uma corrente de magnitude \(I\), o que resulta em:
\(B = \frac{{{\mu _0}I}}{{2\pi r}}\)
Isto implica que a magnitude do campo magnético gerado por uma corrente elétrica é diretamente proporcional à magnitude da corrente e inversamente proporcional à distância entre o cabo e o ponto de referência.
Em 1831, o cientista inglês Michael Faraday, fazendo experiências com ímãs e correntes elétricas, percebeu que campos magnéticos variados poderiam induzir correntes elétricas. Isso é conhecido como “Lei de Faraday”. Na verdade, foi o próprio Faraday quem cunhou o conceito de “campos” para explicar como as cargas elétricas e os campos magnéticos interagem à distância. A lei de Faraday afirma que:
\(\nabla \times \vec E = – \frac{{\partial \vec B}}{{\partial t}}\)
Em resumo, isto indica que um campo magnético variável no tempo pode induzir um campo eléctrico que provoca um movimento de cargas, isto é, uma corrente eléctrica. Este princípio está envolvido na operação básica de geradores elétricos e motores.
As cargas elétricas são a fonte dos campos elétricos, porém, com os campos magnéticos isso não acontece. Não existem “cargas magnéticas” que sejam a fonte dos campos magnéticos. O magnetismo é um fenômeno que se origina como consequência de correntes elétricas ou de determinados materiais com comportamento magnético intrínseco.
Isto é explicado pela “Lei de Gauss para o Campo Magnético”, que nos diz que:
\(\nabla \cdot \vec B = 0\)
Ou seja, não existem monopolos magnéticos. Uma maneira de ver isso é cortando um ímã ao meio. Ao fazer isso teremos dois ímãs semelhantes com um polo norte e um polo sul. Não podemos ter um ímã com apenas um polo norte ou apenas um polo sul.
Imagem: Fotolia. cohelet_2
Artigo de: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado em Física. Cursando Mestrado em Engenharia e Física Biomédica.
Referencia autoral (APA): Zamora Ramírez, A.. (Setembro 2023). Conceito de Campo Magnético. Editora Conceitos. Em https://conceitos.com/campo-magnetico/. São Paulo, Brasil.
