O que é eletromagnetismo:
Eletromagnetismo é o estudo de cargas e a interação entre eletricidade e magnetismo. Eletricidade e magnetismo são aspectos de um único fenômeno físico intimamente ligado pelo movimento e atração de cargas na matéria.
O ramo da física que estuda a interação entre fenômenos elétricos e magnéticos também é conhecido como eletromagnetismo.
A palavra "eletricidade" foi proposta pelo inglês William Gilbert (1544-1603) do grego Elektron (espécie de âmbar que atrai objetos quando friccionada com várias substâncias). Por outro lado, o "magnetismo" provavelmente surgiu de uma região turca com depósitos de magnetita magnetizada (Magnésia), onde vivia uma antiga tribo grega conhecida como Magnetes.
No entanto, foi até 1820 que Hans Christian Oersted (1777-1851) conseguiu demonstrar o efeito de uma corrente elétrica no comportamento de uma bússola, assim nasceu o estudo do eletromagnetismo.
Noções básicas de eletromagnetismo
Os ímãs e a eletricidade sempre foram objeto de fascínio da humanidade. A sua abordagem inicial percorreu diversos percursos que chegaram ao seu ponto de encontro no final do século XIX. Para entender do que se trata o eletromagnetismo, vamos revisar alguns conceitos básicos.
Carga elétrica
A carga elétrica é uma propriedade fundamental das partículas que constituem a matéria. A base de todas as cargas elétricas reside na estrutura atômica. O átomo concentra os prótons positivos no núcleo e os elétrons negativos se movem ao redor do núcleo. Quando o número de elétrons e prótons é igual, temos um átomo com carga neutra. Quando o átomo ganha um elétron, fica com uma carga negativa (ânion) e quando perde um elétron fica com uma carga positiva (cátion).
Então é considerado a carga do elétron como a unidade básica ou quanta da carga elétrica. Isso é equivalente a 1,60 x 10 -19 coulomb (C), que é a unidade de medida das cargas, em homenagem ao físico francês Charles Augustin de Coulomb.
Campo elétrico e campo magnético
UMA campo elétrico É um campo de força que envolve uma carga ou partícula carregada. Ou seja, uma partícula carregada afeta ou exerce uma força sobre outra partícula carregada que está nas proximidades. O campo elétrico é uma quantidade vetorial representada pela letra E cujas unidades são volt por metro (V / m) ou newton por coulomb (N / C).
Por outro lado, o campo magnético Ocorre quando há um fluxo ou movimento de cargas (uma corrente elétrica). Podemos dizer então que é a região onde atuam as forças magnéticas. Assim, um campo elétrico envolve qualquer partícula carregada e o movimento da partícula carregada cria um campo magnético.
Cada elétron em movimento produz um minúsculo campo magnético no átomo. Para a maioria dos materiais, os elétrons se movem em direções diferentes, de modo que os campos magnéticos se cancelam. Em alguns elementos, como ferro, níquel e cobalto, os elétrons se movem em uma direção preferencial, produzindo um campo magnético líquido. Materiais deste tipo são chamados ferromagnético.
Ímãs e eletroímãs
UMA magnético É o resultado do alinhamento permanente dos campos magnéticos dos átomos em um pedaço de ferro. Em uma peça comum de ferro (ou outro material ferromagnético), os campos magnéticos são orientados aleatoriamente, portanto, não age como um ímã. A principal característica dos ímãs é que eles têm dois pólos: norte e sul.
UMA eletroímã Consiste em um pedaço de ferro dentro de uma bobina de fio por onde pode passar uma corrente. Quando a corrente está ligada, os campos magnéticos de cada átomo que compõem o pedaço de ferro se alinham com o campo magnético produzido pela corrente na bobina de fio, aumentando a força magnética.
Indução eletromagnética
A indução eletromagnética, descoberta por Joseph Henry (1797-1878) e Michael Faraday (1791-1867), é a produção de eletricidade por meio de um campo magnético em movimento. Ao passar um campo magnético através de uma bobina de fio ou outro material condutor, um fluxo de carga ou corrente é causado quando o circuito é fechado.
A indução eletromagnética é a base dos geradores e de praticamente toda a energia elétrica produzida no mundo.
Aplicações do eletromagnetismo
O eletromagnetismo é a base do funcionamento dos dispositivos elétricos e eletrônicos que usamos diariamente.
Microfones
Os microfones possuem uma membrana fina que vibra em resposta ao som. Presa à membrana está uma bobina de fio que faz parte de um ímã e se move ao lado da membrana. O movimento da bobina através do campo magnético converte as ondas sonoras em corrente elétrica que é transferida para um alto-falante e amplificada.
Geradores
Os geradores usam energia mecânica para produzir energia elétrica. A energia mecânica pode vir do vapor de água, criado pela queima de combustíveis fósseis, ou pela queda de água em usinas hidrelétricas.
Motor elétrico
Um motor usa energia elétrica para produzir energia mecânica. Os motores de indução usam corrente alternada para converter energia elétrica em energia mecânica. Esses são os motores normalmente usados em eletrodomésticos, como ventiladores, secadores, lavadoras e liquidificadores.
Um motor de indução consiste em uma parte giratória (rotor) e uma parte estacionária (estator). O rotor É um cilindro de ferro com ranhuras ao longo das quais são fixadas algumas aletas ou barras de cobre. O rotor é envolto em um recipiente de bobinas ou voltas de fio condutor por onde passa a corrente alternada, tornando-se eletroímãs.
A passagem de corrente alternada pelas bobinas produz um campo magnético que, por sua vez, induz uma corrente e um campo magnético no rotor. A interação de campos magnéticos no estator e rotor provoca uma torção no rotor permitindo que o trabalho seja executado.
Maglev: trens que levitam
Os trens levitados magneticamente usam eletromagnetismo para se elevar, guiar e se propelir em uma pista especial. Japão e Alemanha são os pioneiros no uso desses trens como meio de transporte. Existem duas tecnologias: suspensão eletromagnética e suspensão eletrodinâmica.
O suspensão eletromagnética é baseado nas forças de atração entre eletroímãs poderosos na base do trem e na via férrea. A força magnética é ajustada de modo que o trem permaneça suspenso sobre os trilhos, enquanto é conduzido por um campo magnético que viaja para a frente pela interação de ímãs laterais no trem.
O suspensão eletrodinâmica é baseado na força repulsiva entre os ímãs no trem e um campo magnético induzido na ferrovia. Esse tipo de trem precisa de rodas para conseguir atingir uma velocidade crítica, semelhante aos aviões quando estão prestes a decolar.
Diagnósticos médicos
A ressonância magnética é uma das tecnologias de maior impacto na medicina moderna. Baseia-se no efeito de fortes campos magnéticos nos núcleos de hidrogênio da água do corpo.
Fenômenos eletromagnéticos
Muitos dos fenômenos eletromagnéticos que conhecemos são consequência do campo magnético da Terra. Este campo é gerado por correntes elétricas dentro do planeta. A Terra então se assemelha a uma grande barra magnética dentro dela, onde o pólo norte magnético está no pólo sul geográfico e o pólo sul magnético corresponde ao pólo norte geográfico.
Orientação espacial
A bússola é um instrumento que data de aproximadamente 200 anos antes de Cristo. Baseia-se na orientação de uma agulha de metal magnetizada em direção ao norte geográfico.
Alguns animais e outros seres vivos podem detectar o campo magnético da Terra e, assim, se orientar no espaço. Uma das estratégias de direcionamento é por meio de células ou órgãos especializados que contêm cristais de magnetita, um mineral de óxido de ferro que mantém um campo magnético permanente.
As auroras do norte e do sul
O Campo magnético da terra Ele funciona como uma barreira protetora contra o bombardeio de partículas ionizadas de alta energia que emanam do Sol (mais conhecido como vento solar). Estes são desviados para as regiões polares, excitando átomos e moléculas na atmosfera. As luzes características das auroras (boreal no hemisfério norte e austral no hemisfério sul) são o produto da emanação de energia quando os elétrons excitados retornam ao seu estado basal.
Maxwell e a teoria do eletromagnetismo
James Clerk Maxwell deduziu entre 1864 e 1873 as equações matemáticas que explicam a natureza dos campos magnéticos e elétricos. Dessa forma, as equações de Maxwell forneceram uma explicação das propriedades da eletricidade e do magnetismo. Especificamente, essas equações mostram:
- como uma carga elétrica produz um campo elétrico,
- como as correntes produzem campos magnéticos, e
- como mudar um campo magnético produz um campo elétrico.
As equações de onda de Maxwell também serviram para mostrar que mudar um campo elétrico cria uma onda eletromagnética autopropagada com componentes elétricos e magnéticos. O trabalho de Maxwell unificou as áreas aparentemente separadas da física da eletricidade, magnetismo e luz.
- Eletricidade.
- Magnetismo.
- Fisica.
- Ramos da física.
