O que é o Eletromagnetismo?
Eletromagnetismo (AO 1945: Eletromagnética) é o ramo da física que estuda os fenômenos da unidade da eletricidade e do magnetismo. A teoria é baseada no conceito de campos eletromagnéticos, a interação conjunta entre campos elétricos e magnéticos. Essa interação é governada pelas quatro equações de Maxwell.
O campo magnético é o resultado do movimento de cargas elétricas, que é o resultado do fluxo de corrente. Quando associado a um ímã, o campo magnético produz uma força eletromagnética.
Mudanças no fluxo magnético criam um campo elétrico (um fenômeno chamado indução eletromagnética, um mecanismo usado em geradores, motores e transformadores de tensão). De maneira semelhante, mudanças no campo elétrico criam um campo magnético. Por causa dessa interdependência entre campos elétricos e magnéticos, é necessário falarmos de uma única entidade chamada campo eletromagnético.
A teoria eletromagnética é essencial para o funcionamento de eletrodomésticos, como computadores, receptores de televisão, rádios e lâmpadas. Além disso, é responsável por fenômenos naturais como raios, auroras polares e arco-íris. Cosmologicamente, o eletromagnetismo une os átomos e moléculas que compõem a matéria do universo, permitindo as complexidades que surgem da química, bem como da biologia na Terra.
Ver artigo principal: História do eletromagnetismo
Os fenômenos magnéticos e elétricos são conhecidos desde a Grécia antiga. A história de Mileto descobriu que se um pedaço de âmbar fosse esfregado e depois colocado junto com vários pedaços de palha, os pedaços seriam atraídos pelo âmbar. Os filósofos gregos também notaram a presença de ímãs naturais, como certas pedras que atraem objetos de ferro quando estão perto deles.
Mas não foi até o início do século 17 que as explicações científicas para esses fenômenos começaram. [6] Durante esses dois séculos, os séculos XVII e XVIII, cientistas proeminentes como William Gilbert, Otto von Glick, Stephen Gray, Benjamin Franklin e Alessandro Volta, respectivamente, dedicaram-se ao estudo desses dois fenômenos, e tiraram conclusões consistentes com seus experimentos.
Michael Faraday
No início do século 19, Hans Christian Ørsted obteve evidências empíricas para a relação entre fenômenos magnéticos e elétricos. Em 1861, James Clerk Maxwell unificou os físicos Andre-Marie Ampere, William Sturgeon, Joseph Henry, George Works por Simon Ohm, Michael Faraday, et al.: Electromagnetic Phenomena. [6] Esta unificação foi uma das grandes descobertas da física no século XIX.
James Clark Maxwell.
As chamadas equações de Maxwell afirmam que os campos elétrico e magnético são manifestações de um único campo eletromagnético. Além disso, eles descrevem a natureza ondulatória da luz, mostrando-a como uma onda eletromagnética.
Com uma teoria única e consistente descrevendo dois fenômenos anteriormente considerados distintos, os físicos foram capazes de realizar alguns experimentos surpreendentes e invenções úteis, como a lâmpada (Thomas Alva Edison) ou o alternador (Nico La Tesla)). O sucesso preditivo da teoria de Maxwell e uma explicação coerente de suas implicações são baseadas em trabalhos anteriores de Albert Einstein por Hendrik Anton Lorenz e Henri Poincaré Alguns resultados formulam a razão da relatividade.
Na primeira metade do século 20, com o advento da mecânica quântica, as formulações do eletromagnetismo foram refinadas para serem consistentes com a nova teoria. Isso foi alcançado na década de 1940, quando a teoria do eletromagnetismo quântico, mais conhecida como eletrodinâmica quântica, foi concluída.
Força eletromagnética
A força exercida por um campo eletromagnético sobre uma carga elétrica é chamada de força eletromagnética e é uma das quatro forças fundamentais. As outras são: a força nuclear forte (que mantém os núcleos atômicos juntos), a força nuclear fraca (que causa algumas formas de decaimento radioativo) e a gravitação. Qualquer outra força deve vir dessas quatro forças fundamentais.
A força eletromagnética está relacionada a quase todos os fenômenos físicos encontrados na vida diária, exceto a gravidade. Isso porque as interações entre os átomos são regidas pelo eletromagnetismo, já que são formados por prótons e elétrons, também conhecidos como cargas elétricas. Da mesma forma, a força eletromagnética interfere na relação intermolecular que temos com qualquer outro objeto. Portanto, fenômenos químicos e biológicos podem ser incluídos como consequência do eletromagnetismo.
É importante notar que, de acordo com a eletrodinâmica quântica, a força eletromagnética é o resultado da interação de cargas elétricas com fótons.
Eletromagnéticos em nanoescala
Maxwell deduziu uma equação para ondas eletromagnéticas cuja velocidade da luz combinava muito bem com as medições experimentais e deduziu que a luz é uma onda eletromagnética. Essas equações (originalmente 20, (agora elegantemente reduzidas a quatro) são críticas para a compreensão da fotônica em escalas de comprimento macroscópicas.
Uma maneira de entender e simular fenômenos eletromagnéticos em nanoescala é estender a validade do eletromagnetismo macroscópico aos modelos que os cientistas propuseram em 2019 na escala nanométrica. Eles introduziram um modelo que generaliza as condições de contorno incorporando a escala eletrônica de comprimento na forma dos chamados parâmetros d de Feibelman [10] Os parâmetros d assumem trabalho semelhante ao trabalho licenciado, mesmo para interfaces. Quanto à exibição numérica, todas as interfaces dos dois materiais relacionados devem ser compatíveis com os parâmetros de Feibelman d e as condições de Maxwell formuladas com novas condições de contorno. O método abre caminhos para estudar nanoplasmons – o estudo de fenômenos ópticos próximos à nanoescala em superfícies metálicas – e nanofotônica – o comportamento da luz em nanoescala – e controlar a interação de objetos em nanoescala com a luz.
O eletromagnetismo clássico
Eletroímãs: Um exemplo de aplicação de força eletromagnética
O cientista William Gilbert propôs que a eletricidade e o magnetismo, embora ambos causem efeitos atraentes e repulsivos, seriam diferentes. Os marinheiros, no entanto, sabiam que o raio poderia causar distúrbios nas agulhas da bússola, mas a conexão entre o raio e a eletricidade não foi descoberta até um experimento proposto por Benjamin Franklin em 1752. Foi um dos primeiros a descobrir e publicar a relação entre corrente e magnetismo, Romagnosi, que afirmou em 1802 que os fios conectados a uma bateria faziam com que o ponteiro de uma bússola próxima se desviasse. No entanto, não foi até 1820, quando Hans Christian Ørsted estabeleceu um experimento semelhante, que a notícia recebeu o crédito que merecia.
A teoria do eletromagnetismo foi desenvolvida por vários físicos no século 19, culminando no trabalho de James Clerk Maxwell, que unificou pesquisas anteriores em uma teoria e descobriu as propriedades eletromagnéticas. No eletromagnetismo clássico, o campo eletromagnético obedece a uma série de equações chamadas equações de Maxwell, enquanto a força eletromagnética obedece à lei de Lorentz.
Uma das características do eletromagnetismo clássico é a dificuldade de relacioná-lo com a mecânica clássica, o que é compatível com a relatividade especial. De acordo com as equações de Maxwell, a velocidade da luz é uma constante que depende apenas da permissividade e permeabilidade do vácuo. No entanto, isso viola a invariância de Galileu, que tem sido a base da mecânica clássica. Uma maneira de conciliar essas duas teorias é postular a existência de um éter luminoso através do qual a energia luminosa viaja. No entanto, experimentos subsequentes não conseguiram detectar a presença de éter. Em 1905, Albert Einstein resolveu esse problema com sua teoria da relatividade especial, que abandonou as velhas leis da cinemática e seguiu uma transformação de Lorentz compatível com o eletromagnetismo clássico.
A teoria da relatividade também mostra que, ao adotar um referencial móvel em relação ao campo magnético, cria-se um campo elétrico. Assim como o contrário também é verdadeiro, a relação entre eletricidade e magnetismo é de fato confirmada. Assim, o termo “eletromagnética” foi consolidado.
