Introdução ao estudo do eletromagnetismo

Na aula de hoje vamos introduzir os conceitos básicos sobre eletromagnetismo. Vamos estudar fenômenos que estão presentes em nosso dia a dia e que influenciam nos avanços tecnológicos da atualidade.

Devido ao efeito magnético, o trem levita sobre os trilhos, atingindo altas velocidades.

Você já ouviu falar sobre o trem mais veloz do mundo? Ele foi construído e entregue em 2021 na China e utiliza os princípios de levitação magnética para atingir quase 600 km/h.

Contudo, esse trem ainda não entrou em operação. Isso porque os projetistas ficaram tão ocupados criando o trem que esqueceram de um detalhe: os trilhos que suportam os trens também precisariam de adaptações. Agora nos resta aguardar.

Nesta aula vamos falar mais sobre a origem do magnetismo e como ele pode estar presente em nosso cotidiano, como no caso do trem ultra rápido da China.

O que é o eletromagnetismo

O eletromagnetismo é um ramo da Física que se desenvolveu por meio de experiências realizadas com um mineral chamado magnetita, que possuía a capacidade de atrair objetos constituídos de ferro.

As rochas formadas por esse mineral foram chamadas de ímãs. Com o estudo aprofundado dos materiais magnéticos foi possível desenvolver os motores elétricos, o microfone, os cartões magnéticos e o trem-bala, por exemplo.

Basicamente, o eletromagnetismo conecta dois ramos distintos da física, até então: as forças ligadas à eletricidade e ao magnetismo, tornando, assim, um fenômeno único.

Magnetismo

A magnetita, que era conhecida como sendo “mágica”, por atrair metais.

As primeiras observações sobre efeitos magnéticos foram verificadas há muitos séculos na Ásia, quando descobriram certos minérios que tinham a propriedade de atrair pedaços de ferro ou de interagir entre si.

Hoje se sabe que essas rochas são compostas de um óxido de ferro (Fe₃O₄), as conhecidas pedras chamadas de magnetitas. Elas são chamadas de imãs naturais, pois são encontradas na natureza e não sofrem nenhum processo de imantação artificial.

A magnetita, naquela época, era tratada como uma “pedra mágica”, pois tinha essa propriedade de interação com metais ferrosos ou entre si. Por tal motivo, era parte presente dos shows de mágica pelas cidades.

Com o passar do tempo,  conhecimento dos elementos químicos e propriedades dos materiais se desenvolveu e passamos a compreender a composição da magnetita e o porquê de ela ter essa interação.

Como ocorre o magnetismo

De maneira simplificada, podemos dizer que o magnetismo acontece quando os elétrons se comportam de maneira ordenada dentro do átomo.

Quando um elétron gira no interior de um átomo ele cria uma pequena força magnética. Se os elétrons de um material girarem todos na mesma direção, podemos somar essas forças magnéticas e, assim, formar um grande imã. Esse giro do elétron é conhecido na Física Moderna como spin.

Produção de um ímã

É possível criar um ímã esfregando uma peça de metal em um ímã natural. A peça de metal precisa ser esfregada continuamente na mesma direção, de modo que seus elétrons comecem a girar numa mesma direção. Com isso, na natureza temos tanto imãs naturais, quanto artificiais.

Magnetismo e eletricidade

Durante séculos, os fenômenos ligados ao magnetismo eram tratados de maneira independente dos fenômenos ligados à eletricidade. Contudo, com os estudos das propriedades da matéria e experiências, observou-se uma ligação entre esses dois fenômenos. Vamos ver como isso aconteceu?

Experiência de Oersted

Em 1820, Oersted demonstrou através de uma experiência que uma corrente elétrica também pode gerar um campo magnético.

O cientista verificou que, quando não havia corrente passando pelo circuito, a agulha da bússola se orientava na direção norte-sul da Terra, conforme o esperado. Mas, quando passava uma corrente pelo circuito, a agulha se orientava em uma direção diferente da esperada. Assim, a bússola passa a se orientar de acordo com o campo magnético resultante da corrente elétrica.

Representação da experiência de Oersted, em 1820.

Com essa experiência foi possível verificar, pela primeira vez, uma relação entre a eletricidade e o magnetismo: “uma corrente elétrica é capaz de produzir um campo magnético”.

O experimento de Oersted demonstrava que um fluxo de elétrons, ou seja, uma corrente elétrica, era capaz de criar um campo magnético. Mas, será que recíproca era verdadeira? Será que um fluxo de campo magnético seria capaz de gerar corrente elétrica?

Então, em 1831, Michael Faraday, na Inglaterra, realizou um outro experimento para verificar se o inverso também era verdadeiro. Ele utilizou dois bastões de ferro como núcleos, envoltos por duas bobinas, afim de demonstrar que a variação do fluxo magnético também gerava um campo elétrico, e consequentemente, corrente elétrica.

Representação do experimento de Faraday.

Ao realizar o experimento, Michael Faraday observou que, nos momentos em que conectava ou desconectava a bobina na fonte, passava uma corrente elétrica pela outra bobina, e essa corrente aparecia somente nesse instante.

Com isso, ele concluiu que em virtude da variação do campo magnético aparecia a corrente descrita, e ela desaparecia quando a bobina um era desligada.

O eletromagnetismo no dia a dia

Existem inúmeras aplicações do eletromagnetismo em nosso cotidiano, como o exemplo já citado do trem bala. Mas ele está presente até mesmo em coisas que parecem mais simples, como o fato de você estar lendo esta aula agora.

A transmissão de dados pela internet só é possível porque ondas eletromagnéticas são lançadas propositalmente através de satélites e fazem com que a internet chegue até sua casa.

Até mesmo a energia elétrica que utilizamos em casa, proveniente das usinas elétricas, é gerada por grandes geradores. Esses equipamentos nada mais são de que a própria experiência de Faraday desenvolvida e aprimorada, onde bobinas enormes giram, gerando um fluxo magnético capaz de criar enormes quantidades de energia elétrica.

 

Bobina de geração de energia elétrica em usinas.

Videoaula sobre eletromagnetismo

Quer saber mais sobre eletromagnetismo? Assista à videoaula do nosso canal:

Exercícios sobre eletromagnetismo

1- De acordo com o Eletromagnetismo, o movimento relativo entre cargas elétricas e um observador tem como resultado o surgimento de:

a) campos elétricos.

b) campos magnéticos.

c) diferença de potencial.

d) fenômenos relativísticos.

e) ondas gravitacionais.

2- No eletromagnetismo, existe uma lei que estabelece a seguinte relação: a variação temporal do fluxo de campo magnético através de uma área é responsável por produzir um campo elétrico perpendicular a essa área e, consequentemente, um campo magnético induzido no sentido oposto àquela variação. A lei que estabelece uma relação matemática para o enunciado mostrado acima é chamada de:

a) Lei de Faraday.

b) Lei de Ampére.

c) Lei de Gauss.

d) Lei de Lenz.

e) Lei de Faraday-Lenz.

3- Durante muito tempo, desconhecia-se a relação entre os fenômenos elétricos e magnéticos. Pensava-se, nessa época, que se tratava de fenômenos distintos sem qualquer relação entre si. No entanto, bastou um experimento para provar que esses fenômenos estavam interligados. O experimento em questão ficou conhecido como:

a) experimento de Rutherford.

b) experimento de Faraday.

c) experimento de Oersted.

d) experimento de Millikan.

e) experimento de Michelson-Morley.

Gabarito:

1. B
2. E
3. C

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