Eletricidade e Magnetismo

by @ 1:00 on 16 outubro 2009. Filed under Física

Estes dois fenômenos, na verdade, são um só: Eletromagnetismo. Numa concepção mais básica da natureza, em que tudo o que existe são campos e suas quantizações: as partículas, tanto materiais quanto os quanta de radiação; podemos dizer que a grandeza extensiva (aditiva) fundamental que mede o conteúdo de tudo no Universo é o “fluxo de campo”. A intensidade do campo nada mais é do que a “densidade do fluxo” (fluxo por área perpendicular), do mesmo modo que a intensidade luminosa é a densidade do fluxo luminoso. O fluxo de campo observa uma conservação que é expressa matematicamente pela “Lei de Gauss”. Em suma, pode-se dizer que a quantidade total de fluxo de campo no Universo é constante e também invariante sob transformações relativísticas. Assim a carga elétrica pode ser entendida como a fonte (positiva) ou sumidouro (negativa) do fluxo de campo elétrico. Uma das constatações mais fundamentais da Física é a de que a carga elétrica total do Universo é nula, não sendo possível criar uma localização de carga positiva sem produzir outra correspondente negativa, mesmo na criação de par partícula e antipartícula. Isto significa que as “linhas de campo” (representação pictórica do fluxo), no seu total, sempre são as mesmas em todo o Universo, apenas se esticando e contraindo como elásticos (como imaginava Faraday), e que, mesmo que ele seja infinito, como tem carga nula, elas sempre terão fonte e sumidouro. Assim, se se conseguir isolar uma carga positiva, estando sua correspondente negativa imensamente afastada e distribuída com simetria esférica em relação à positiva, o fluxo será radialmente simétrico e sua densidade variará inversamente com a área de uma esfera centrada na carga, sendo pois a intensidade do campo inversamente proporcional ao quadrado da distância, pois a área é proporcional ao quadrado do raio.

O magnetismo é apenas uma manifestação relativística. Ao se aplicar uma transformação de Lorentz a um campo elétrico, isto fará surgir um campo magnético para o observador no referencial em que a carga se mova. No referencial em que ela esteja em repouso ele não existe. O interessante é que o campo magnético não possui um fluxo que divirja de fontes e convirja para sumidouros. Ele forma tubos em torno da trajetória do movimento da carga. A realização prática mais comum para se obter um campo magnético é por meio de bobinas ou solenóides. Um imã em forma de bastão gera um campo com distribuição espacial igual à de um solenóide, pois é a resultante dos dipolos magnéticos atômicos de materiais ferromagnéticos (mas também pode ser induzido em alguns materiais paramagnéticos, além de ser gerado, por indução, em qualquer material pelo diamagnetismo, só que muito fraco). Os dipolos ferromagnéticos se acoplam em pequenos domínios sub-macroscópicos, que, na magnetização do imã são estatisticamente alinhados provocando a anulação das correntes superficiais adjacentes nos limites desses domínios, mas não na superfície externa (pois não há outro domínio adjacente fora), de modo que o bastão se comporta como se fora percorrido por uma corrente superficial, como um solenóide. As linhas de fluxo são fechadas e, por dentro do imã percorrem-no axialmente, saindo do interior pelo pólo Norte e penetrando pelo pólo Sul. Do lado de fora fazem um percurso elíptico, mas, próximo de cada polo, divergem (ou convergem), como um chuveiro, exibindo um espalhamento semelhante ao radial, o que leva ao resultado da variação com o inverso do quadrado da distância. No entanto, para cada partícula carregada em movimento, pode-se provar que a circuitação do campo (integral do produto do campo pelo comprimento de sua linha de ação) é uma constante, proporcional ao produto da carga pela velocidade (Lei de Ampere). Assim, como o comprimento da circunferência é proporcional ao raio, a intensidade do campo segue a proporção inversa.

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One Response to “Eletricidade e Magnetismo”

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