Magnetismo

William Gilbert, médico particular da rainha Elizabeth I da Inglaterra, interessou-se pela natureza dos fenômenos magnéticos da matéria e descreveu corretamente a Terra como um gigantesco ímã, cujos pólos magnéticos coincidem de modo aproximado com os de seu eixo de rotação. No entanto, suas tentativas de explicar os movimentos planetários como resultantes de forças magnéticas fracassaram e só mais de meio século depois Isaac Newton os atribuiria à força de gravitação.

Magnetismo é o fenômeno físico que consiste nas forças de atração e repulsão exercidas por certos metais, como o ferro-doce, o cobalto e o níquel, devido à presença de cargas elétricas em movimento. Dá-se também esse nome à disciplina da física que estuda a origem e as manifestações de tais fenômenos magnéticos.

 
História

As civilizações antigas conheciam a magnetita, mineral que atrai o ferro. Até o início do século XVII tais fenômenos não haviam sido estudados de forma sistemática, o que foi feito pela primeira vez por William Gilbert, autor de De magnete (1600; Sobre os ímãs), que enunciou suas propriedades fundamentais e descobriu o campo magnético terrestre utilizando bússolas rudimentares.

No final do século XVIII, Charles-Augustin de Coulomb elaborou para a magnetostática leis semelhantes às que regiam os movimentos de atração e repulsão entre cargas elétricas em repouso. Assim, postulou que uma força magnética era diretamente proporcional a grandezas que denominou unidades de magnetização, ou intensidades de pólo magnético, e inversamente proporcional ao quadrado da distância que separa os objetos imantados.

No século XIX, em decorrência dos experimentos realizados pelo dinamarquês Hans Christian Ørsted e pelo britânico Michael Faraday, e das expressões matemáticas do britânico James Clerk Maxwell, unificaram-se as leis da eletricidade e do magnetismo e este passou a ser considerado uma manifestação das cargas elétricas em movimento.

Fundamentos físicos

Tradicionalmente, em física estudam-se dois tipos de fontes de fenômenos magnéticos: os ímãs e as cargas livres nos condutores, que transmitem uma corrente elétrica. Denomina-se campo magnético à perturbação sofrida pelo espaço próximo a uma dessas fontes magnéticas. A magnitude fundamental do campo magnético é a indução de campo, representada habitualmente pelo símbolo B e dotada de caráter vetorial, já que depende tanto de seu valor numérico como da direção e sentido de máxima variação do campo. O vetor intensidade de campo magnético B é definido como uma derivação da indução magnética, e a razão pela qual possui a denominação reservada normalmente aos vetores básicos de campo é puramente histórica.

A detecção de um campo magnético em um meio é feita pela influência que exerce sobre uma bússola ou carga elétrica em movimento. Assim, pode-se definir a indução de campo magnético como a força que este exerce perpendicularmente sobre uma carga unitária de velocidade, também igual a um. A expressão matemática desta relação, chamada de Lorentz, é

F = q v x B

em que a força F, a velocidade v e a indução B possuem caráter vetorial, a carga q é um número positivo ou negativo, e o símbolo x representa um produto vetorial que significa que a força resultante é perpendicular tanto à velocidade da partícula carregada como ao campo magnético visto como um conjunto de linhas na direção do vetor B em cada ponto do espaço.

A unidade fundamental de indução magnética no sistema internacional é o tesla, equivalente à unidade de força definida por unidade de carga e de velocidade. O gauss representa um dez mil avos do tesla e constitui a unidade básica no sistema CGS (centímetro, grama, segundo).

Também relevante no estudo do magnetismo é o chamado fluxo magnético, representado graficamente por linhas de indução através das quais se define a unidade de fluxo. Assim, um campo magnético de indução B de um tesla é representado como uma linha de indução por metro quadrado, denominada weber. A indução corresponde ao fluxo por unidade de superfície perpendicular ao campo e é também chamada densidade de fluxo. Além do weber, unidade internacional, emprega-se também como unidade de fluxo do sistema eletromagnético o maxwell, segundo  a relação 1 weber = 108 maxwells.

A estrutura elétrica mais simples que se pode conceber é uma carga isolada, de modo que duas cargas de sinais contrários formam um dipolo elétrico, caracterizado por um momento de força ou magnitude física equivalente à que provoca o giro de uma barra rígida apoiada em um ponto fixo. Por analogia, definem-se os dipolos magnéticos, formados por dois pólos (norte e sul) que geram perturbações específicas acentuadas a seu redor, as quais se transmitem ininterruptamente entre ambos. A inexistência, porém, desses pólos magnéticos isolados constitui um dos aspectos fundamentais da ciência do magnetismo.

Em escala microscópica, o campo magnético mais simples é o produzido pelo movimento de rotação dos elétrons em torno de si mesmos. Esse fenômeno, conhecido como spin, é representado na física quântica pelos números +1/2 e -1/2, de acordo com o sentido do giro do elétron.
 

Tipos de magnetismo

A física considera a existência de três tipos de material, segundo seu comportamento em presença de campos magnéticos: (1) substâncias ferromagnéticas, como o ferro, o cobalto, o níquel, o gadolínio, o disprósio e as ligas, minerais e derivados desses elementos, que ficam permanentemente imantadas ainda que se retire o agente do campo; (2) substâncias paramagnéticas, que apresentam uma imantação temporária e tênue, que desaparece ao eliminar-se o campo; (3) substâncias diamagnéticas, que são repelidas pelos ímãs de forma indiscriminada.

A explicação desses comportamentos é dada pela física microscópica, segundo a qual a maioria das substâncias apresenta diamagnetismo ou atividade magnética nula na ausência de perturbações externas. O ferromagnetismo e o paramagnetismo são fenômenos determinados pela existência prévia de uma orientação generalizada dos campos magnéticos eletrônicos ou spins, que se reforça temporária ou permanentemente sob a influência dos ímãs.

Magnetismo terrestre

O campo magnético terrestre, detectável por uma simples bússola, possui duas peculiaridades: sua irregularidade, dependente da latitude; e sua mudança gradual no tempo, conseqüência da variação contínua do eixo magnético. Segundo a teoria dinâmico-magnética, a origem do magnetismo terrestre está nas correntes elétricas do núcleo metálico do planeta, e sua variabilidade indica que esse núcleo encontra-se em movimento, de modo que os rios de metal fundido assumem o papel de espirais condutoras que criam campos magnéticos.

Autoria: Paula Cristina Astolfi


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