Campo Eletromagnético

DARTORA,

Campo

Eletromagnético

e Ondas

Quando se fala em magnetismo, logo vem à cabeça a imagem de um ímã, polos positivos e negativos e, é claro, das aulas de Física da escola e os resumos feitos sobre eletromagnetismo. Para quem ainda não chegou lá, vai aí a definição desse fenômeno. O magnetismo é o poder de atração do ferro magnético e a capacidade que ele possui de se orientar na direção norte e sul, um poder indutor – esse conceito é do dicionário.

Outra definição, essa mais científica e aprofundada: o magnetismo é entendido como um fenômeno básico no processo de andamento de geradores, motores elétricos, na reprodução de voz e de imagens, no armazenamento de memória de aparatos tecnológicos, como os computadores, entre outras aplicações. Para suprimir os conhecimentos desses dois parágrafos, tem-se que: o magnetismo acontece quando um elemento atrai pedaços de ferro.

Um objeto bem comum que possui as propriedades atrativas é o ímã. Ele tem dois polos, norte e sul, que são inseparáveis. Portanto, os fenômenos do magnetismo que acontecem nas correntes elétricas, é chamado de eletromagnetismo.

Esse estudo foi desenvolvido pelo físico escocês James Clerck Maxwell, que, por intermédio de suas teorias, conseguiu estabelecer a relação entre magnetismo e eletricidade.

As regras do eletromagnetismo são regidas pelas equações de Maxwell, pois o físico havia descoberto que os fenômenos elétricos e magnéticos da natureza poderiam ser representados por quatro equações. Estas por sua vez são equações bem mais compreendidas por profissionais de ciências.

O que é Eletromagnetismo?

São os computadores, motores elétricos, campainhas e aparelhos de áudio e vídeos. Por fora, são apenas produtos expostos, seja em lojas ou mercados, mas, que na verdade, em seu interior, têm várias aplicações no ramo das ciências. Com o avanço de estudos e pesquisas, observou-se e, logo se estabeleceu uma relação entre o magnetismo e a eletricidade. Antes, como forma de obter energia, usava-se a química, com pilhas e baterias.

Com o avanço dos estudos da eletrostática, os fenômenos elétricos passaram a ganhar mais profundidade, recheando essa área de conhecimento com o eletromagnetismo. Nesse campo, surgiram dois fenômenos: as cargas em movimento e os campos elétricos. O campo elétrico é formado por cargas elétricas, tais como: elétrons, prótons ou íons. As cargas elétricas são responsáveis pelas interações eletromagnéticas e estão sujeitas a uma força, essa, chamada de força elétrica.

As cargas elétricas são simbolizadas pelas letras Q e q. A unidade é calculada em Coulomb, que é uma das grandezas fundamentais do universo e é representada por C. A carga influencia no espaço quando há o surgimento e desaparecimento de fótons e outras partículas com cargas elétricas.

Segundo os cientistas, nosso corpo e os demais materiais são compostos por moléculas. Ao nosso redor, estão localizados diversas partículas menores, chamadas de átomos e, no interior deles, se encontram os elétrons, prótons e os nêutrons. O núcleo dos átomos é formado pela união dos prótons e os nêutrons – e isso não o torna a parte maior da partícula. Os elétrons ocupam grande parcela do material atômico, pois cobrem os átomos formando uma espécie de nuvem em redor do núcleo.

Os elétrons possuem cargas negativas, os prótons, positivas e os nêutrons não têm carga elétrica, ou seja, são neutros. A eletrosfera é a camada de elétrons, carregada negativamente e que cerca os átomos. O núcleo deles é formado por cargas positivas. Essa ideia reforça que o ser humano é feito de partículas que contêm cargas elétricas.

Geralmente, as moléculas e os átomos são neutros, ou seja, a quantidade de elétrons da eletrosfera totaliza o número certo para suprir as cargas elétricas dos prótons localizados no interior dos núcleos. Porém, eles tendem a perder ou ganhar elétrons, tornando os átomos eletricamente carregados. Assim, são chamados de íons. Quando eles se carregam positivamente, são conhecidos como ânions. Por outro lado, no momento em que recebem as cargas negativas, denominam-se cátions.

Dentro do eletromagnetismo são estudados vários segmentos como o magnetismo, a eletrostática, a magnetostática, a eletrodinâmica e os circuitos elétricos.

História do Eletromagnetismo

A história do magnetismo introduz a eletricidade. E, ela começou com as antigas civilizações. Na Grécia, por exemplo, Tales de Mileto já experimentava os efeitos de uma pedra de óxido de ferro que repelia e atraia. Em sua viagem para a Ásia, ele percebeu que essas pedras se fixavam em seu cajado de ferro quando ele o aproximava, numa região chamada de Magnésia. Também, descobriu-se na Grécia que quando atritada uma pedra de âmbar com pêlo de animal, ela adquiria propriedade de atrair pequenas partículas de pó. Além disso, existem indícios da utilização da bússola pelos chineses desde o século III A.C.

Mesmo com todas essas descobertas, não se sabia ao certo qual era a origem desse fenômeno e foi na Idade Média que Petrus Peregrinus relatou suas experiências com o magnetismo. Ele pôde explicar a origem dos fenômenos elétricos e magnéticos, em sua obra chamada Epístola de Magnete, mas não havia explicado a diferenciação entre esses dois tipos de atração, sendo a sua obra desprezada até o final do século XVI.

Depois de muito tempo, o primeiro estudo sobre o assunto foi feito por William Gilbert, um médico de Londres que escreveu o tratado 'De Magnete'. Ele conseguiu mostrar que não é somente a pedra de âmbar que tem essa propriedade de atrair quando é atritada, mas também materiais como o vidro. Em seu tratado afirmou que o planeta Terra era um grande imã e mostrou a diferença entre magnetismo e eletricidade.

Com essas descobertas, outros estudiosos resolveram colocar em prática suas teorias com a construção de aparelhos eletrostáticos, dentre eles Otto Von Guericke, com sua máquina de fricção, que possuía uma bola de enxofre que criava cargas elétricas ao girar. Muitos desses elementos eram criados por admiração e não tinham uma utilidade em si. Com a produção dessas máquinas foi possível descobrir que:

Haviam objetos que quando carregados eletricamente se afastavam ou se atraíam.
Existiam dois tipos de materiais: os condutores, que conduzem eletricidade, e os isolantes, que não conduzem.
Era possível amenizar a eletricidade: na Holanda, Peter von Musschenbroek, descobriu que poderia armazenar uma quantidade considerável de eletricidade dentro da garrafa de Leyden e depois descarregá-la com um choque elétrico.

Outro cientista que conseguiu produzir experimentos com a eletricidade foi William Watson que a transmitiu por mais de 3km. Já Benjamin Franklin fez com que pipas que tinham em sua ponta um objeto de ferro, voassem em uma tempestade na tentativa de acumulação das cargas elétricas, assim conseguiu provar que o relâmpago é provocado por um fenômeno elétrico. Com isso, ele criou o para-raio. Foi ele também que criou o termo cargas negativas e cargas positivas, bem como seu conceito.

Campo Eletromagnético

Outro cientista que contribuiu muito para o eletromagnetismo foi Isaac Newton, que iniciou também estudos sobre os efeitos do campo da eletromagnética. No campo eletromagnético, existem dois vetores, normalmente representados pelas letras E e B, que têm valores estabelecidos, de acordo com o lugar ocupado no espaço por eles. Quando eles ficam parados e não têm o valor nulo, são chamados de campo eletrostático.

Os campos magnéticos estão ao redor dos materiais e das correntes. Na Física, é representado por ímã. O desenho tem dois polos (norte e sul) e linhas que saem das extremidades e se encontram no meio. Esse campo parte do resultado da movimentação de cargas elétricas, as chamadas correntes elétricas. A indução eletromagnética sai da variação de um fluxo magnético (grandeza que mede o magnetismo a partir da força e a extensão do campo magnético).

Já a força eletromagnética acontece quando há uma interação entre dois corpos que possuem cargas elétricas ou estão magnetizados. Essas interações são definidas pelas área da física conhecida como eletrodinâmica. É nessa área, que são feitos os estudos dessa interação das cargas em movimento.

Encaminhados na mesma linha de raciocínio, estavam Charles Augustin de Coulomb e Henry Cavendish, que perceberam as substâncias carregadas eletricamente. A partir disso, desenvolveram estudos que indicavam a relação entre as forças.

Em 1785, Charles Augustin de Coulomb, um francês que criou a lei que atualmente conhecemos como lei de Coulomb. Ele descobriu através de um experimento com uma balança de torção, que na interação entre partículas eletrizadas, quando estas possuem o mesmo sinal se repelem, mas quando os sinais são opostos elas se atraem. Essa nova teoria conferiu um caráter especial para o eletromagnetismo. Henry Cavendish também desenvolveu ideias semelhantes que só foram publicadas 100 anos depois por James Clerk Maxwell que havia chegado a mesma conclusão de Coulomb.

Em 1800, é apresentado a primeira obra capaz de produzir uma corrente elétrica contínua, a pilha. Ela foi produzida por Alessandro Volta, um físico italiano. Após isso, outros experimentos com a eletricidade foram sendo realizados, um em destaque, foi feito pelo inglês Humphrey Davy. O experimento, conhecido como eletrólise, consistia em decompor água em oxigênio e hidrogênio através de uma grande quantidade de corrente elétrica produzida por uma pilha enorme com várias placas de zinco e cobre.

A partir disso, Davy havia descoberto uma nova maneira de produzir iluminação, o arco voltaico.

Em 1820, foi descoberta a relação da eletricidade com o magnetismo. Hans Christian Oersted, um físico dinamarquês notou, em uma de suas aulas, o efeito térmico das correntes nos fios condutores. Quando uma corrente elétrica era passada em um fio, esta gerava um campo magnético ao seu redor. Essa descoberta deu origem ao desenvolvimento de motores e outros objetos que poderiam se movimentar por meio da eletricidade. A informação se espalhou e outros cientistas começaram a desenvolver novos experimentos sobre isso, como André Marie Ampère, um matemático francês e o físico alemão Georde Simon Ohm, que criou a lei de Ohm.

Michael Faraday, um físico inglês, descobriu após onze anos da descoberta de Oersted que quando colocado um campo magnético ao redor de um fio condutor, era gerada uma corrente nesse fio. O professor americano Joseph Henry também havia chegado a essa conclusão e foi considerado o dono por ter descoberto a força eletro-motriz de auto-indução. Este produziu o primeiro telégrafo eletromagnético.

As teorias sobre as descobertas do eletromagnetismo sempre andaram juntas com a prática e no século XIX, essas ideias eram rapidamente disseminadas para as pessoas. Isso contribuiu muito para o desenvolvimento dessa ciência. Em 1847, Gustav Robert Kirchhoff reformulou duas leis, lei de Kirchhoff, que falava sobre correntes e tensões elétricas e a lei de Ohm que facilitou os estudados da eletricidade.

Telégrafo: o desenvolvimento do eletromagnetismo

O telégrafo é um sistema de transmissão de mensagens entre locais distantes por meio de códigos, que permitiam a rapidez e segurança dessa troca. Ele foi uma das invenções que auxiliaram no desenvolvimento dos estudos com eletromagnetismo. Vários cientistas utilizavam-no para o trabalho como Charles Wheatstone, Wihelm Weber, Karl Friedrich Gauss, Samuel Finley Breese Morse e Werner von Siemens.

Após a sua construção, vários outros aparatos foram criados com a contribuição do eletromagnetismo. O fabricante francês Nicolas Constant Pixii criou um gerador simples de corrente alternada. Um imã em forma de ferradura rodava em bobinas fixas. E, a partir de 1834, geradores de corrente alternadas já eram criados para fins comerciais. Isso era um problema, pois as pessoas estavam acostumadas com as pilhas que possuíam correntes contínuas. Um dos cientistas que mostrou as vantagens das correntes alternadas foi Nicola Tesla que inventou o motor de indução, o sistema polifásico, as lâmpadas fluorescentes e a bobina Tesla.

O nascimento da energia elétrica em larga escala foi surgindo e para o seu uso na época, o único problema era a da comutação, pois havia a necessidade de se produzir uma corrente alternada. Para resolver isso, era necessário a utilização de um transformador, que iria alterar os valores da tensão. Apesar de seus princípios serem conhecidos por Faraday, ninguém tinha coragem de utilizá-los por ser muito perigoso. O primeiro a fazer essa transmissão de energia de alta tensão foi Marcel Deprez, que utilizou o transformador e os princípios da indução.

Nikola Tesla e Galileo Ferraris criaram o motor assíncrono, um motor que utiliza corrente alternada. Na viagem de Tesla para os Estados Unidos, em 1884, ele chegou numa guerra entre engenheiros elétricos. De um lado, Thomas A. Edison defendia a corrente contínua e de outro George Westinghouse, a corrente alternada. Foi Tesla, que com suas invenções mostrou a importância da corrente alternada, a partir de sua atuação na Exposição de Frankfurt em 1891. Outro fato importante foi a criação da lâmpada incandescente, de Thomas A. Edison e Joseph Swan em 1880.

Apesar do uso da bateria e das pilhas terem sido úteis, não seria possível utilizá-las para gerar energia em larga escala, por causa de seu alto custo. Eram necessários novos métodos para suprir a necessidade de iluminação. No final do século XIX, os geradores já atendiam essas exigências e para gerar iluminação em grande quantidade era necessário que fossem construídos grandes geradores. A indústria iniciou a produção de materiais elétricos, centrais elétricas começaram a se espalhar pelo mundo, utilizando a turbina a vapor e a hidráulica (máquinas motrizes) para a geração de energia elétrica. No século XX, as pessoas já puderam desfrutar de energia em suas casas e também de forma industrial.

O físico que propôs a teoria final sobre o eletromagnetismo foi James Clerk Maxwell em 1873. Ele criou as equações gerais e conseguiu sintetizar as principais ideias dessa área do conhecimento.

História do Eletromagnetismo

A história do magnetismo introduz a eletricidade. E, ela começou com as antigas civilizações. Na Grécia, por exemplo, Tales de Mileto já experimentava os efeitos de uma pedra de óxido de ferro que repelia e atraia. Em sua viagem para a Ásia, ele percebeu que essas pedras se fixavam em seu cajado de ferro quando ele o aproximava, numa região chamada de Magnésia. Também, descobriu-se na Grécia que quando atritada uma pedra de âmbar com pêlo de animal, ela adquiria propriedade de atrair pequenas partículas de pó. Além disso, existem indícios da utilização da bússola pelos chineses desde o século III A.C.

Mesmo com todas essas descobertas, não se sabia ao certo qual era a origem desse fenômeno e foi na Idade Média que Petrus Peregrinus relatou suas experiências com o magnetismo. Ele pôde explicar a origem dos fenômenos elétricos e magnéticos, em sua obra chamada Epístola de Magnete, mas não havia explicado a diferenciação entre esses dois tipos de atração, sendo a sua obra desprezada até o final do século XVI.

Depois de muito tempo, o primeiro estudo sobre o assunto foi feito por William Gilbert, um médico de Londres que escreveu o tratado 'De Magnete'. Ele conseguiu mostrar que não é somente a pedra de âmbar que tem essa propriedade de atrair quando é atritada, mas também materiais como o vidro. Em seu tratado afirmou que o planeta Terra era um grande imã e mostrou a diferença entre magnetismo e eletricidade.

Com essas descobertas, outros estudiosos resolveram colocar em prática suas teorias com a construção de aparelhos eletrostáticos, dentre eles Otto Von Guericke, com sua máquina de fricção, que possuía uma bola de enxofre que criava cargas elétricas ao girar. Muitos desses elementos eram criados por admiração e não tinham uma utilidade em si. Com a produção dessas máquinas foi possível descobrir que:

Haviam objetos que quando carregados eletricamente se afastavam ou se atraíam.
Existiam dois tipos de materiais: os condutores, que conduzem eletricidade, e os isolantes, que não conduzem.
Era possível amenizar a eletricidade: na Holanda, Peter von Musschenbroek, descobriu que poderia armazenar uma quantidade considerável de eletricidade dentro da garrafa de Leyden e depois descarregá-la com um choque elétrico.