Electromagnetismo

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Electromagnetismo​

No estudo da Física, o electromagnetismo ou electromagnetismo é o nome da teoria unificada desenvolvida por James Maxwell para explicar a relação entre a electricidade e o magnetismo. Esta teoria baseia-se no conceito de campo electromagnético.

O campo magnético é resultado do movimento de cargas eléctricas, ou seja, é resultado de corrente eléctrica. O campo magnético pode resultar em uma força electromagnética quando associada a ímãs.

A variação do fluxo magnético resulta em um campo eléctrico (fenómeno conhecido por indução electromagnética, mecanismo utilizado em geradores eléctricos, motores e transformadores de tensão).

E a variação de um campo eléctrico gera um campo magnético. Devido a essa interdependência entre campo eléctrico e campo magnético, faz sentido falar em uma única entidade chamada campo electromagnético.

Esta unificação foi terminada por James Clerk Maxwell, e escrita em fórmulas por Oliver Heaviside, no que foi uma das grandes descobertas da Física no século XIX.

Essa descoberta posteriormente levou a um melhor entendimento da natureza da luz, ou seja, pôde-se entender que a luz é uma propagação de uma perturbação electromagnética, ou melhor dizendo, a luz é uma onda electromagnética.

As diferentes frequências de oscilação estão associadas a diferentes tipos de radiação. Por exemplo, ondas de rádio tem frequências menores, a luz visível tem frequências intermediárias e a radiação gama tem as maiores frequências.

A teoria do electromagnetismo foi o que permitiu o desenvolvimento da teoria da relatividade especial por Albert Einstein em 1905.

A força electromagnética​

A força que um campo electromagnético exerce sobre cargas eléctricas, chamada força electromagnética, é uma das quatro forças fundamentais. As outras são: a força nuclear forte (que mantém o núcleo atómico coeso), a força nuclear fraca (que causa certas formas de decaimento radioactivo), e a força gravitacional. Quaisquer outras forças provêm necessariamente dessas quatro forças fundamentais.

A força electromagnética tem a ver com praticamente todos os fenómenos físicos que se encontram no quotidiano, com excepção da gravidade. Isso porque as interacções entre os átomos são regidas pelo electromagnetismo, já que são compostos por protões, electrões, ou seja, por cargas eléctricas.

Do mesmo modo as forças electromagnéticas interferem nas relações intermoleculares, ou seja, entre nós e quaisquer outros objectos. Assim podem-se incluir fenómenos químicos e biológicos como consequência do electromagnetismo.
Cabe ressaltar que, conforme à electrodinâmica quântica, a força electromagnética é resultado da interacção de cargas eléctricas com fotões.

O electromagnetismo clássico​

O cientista William Gilbert propôs que a electricidade e o magnetismo, apesar de ambos causarem efeitos de atracção e repulsão, seriam efeitos distintos.

Entretanto marinheiros percebiam que raios causavam perturbações nas agulhas das bússolas, mas a ligação entre os raios e a electricidade ainda não estava traçada até os experimentos que Benjamin Franklin propôs em 1752. Um dos primeiros a descobrir e publicar as relações entre corrente eléctrica e o magnetismo foi Romagnosi, que em 1802 afirmou que um fio conectado a uma pilha provocava um desvio na agulha de uma bússola que estivesse próxima.

No entanto essa notícia não recebeu o crédito que lhe era devido até que, em 1820, Hans Christian Ørsted montou um experimento similar.
A teoria do electromagnetismo foi desenvolvida por vários físicos durante o século XIX, culminando finalmente no trabalho de James Clerk Maxwell, o qual unificou as pesquisas anteriores em uma única teoria e descobriu a natureza electromagnética da luz.

No electromagnetismo clássico, o campo electromagnético obedece a uma série de equações conhecidas como equações de Maxwell, e a força electromagnética pela lei de Lorentz.

Uma das características do electromagnetismo clássico é a dificuldade em associar com a mecânica clássica, compatível porém com a relatividade especial. Conforme as equações de Maxwell, a velocidade da luz é uma constante, depende apenas da permissividade eléctrica e permeabilidade magnética do vácuo.

Isso porém viola a invariáveis de Galileu, a qual já era há muito tempo base da mecânica clássica. Um caminho para reconciliar as duas teorias era assumir a existência de éter luminífero através do qual a luz propagaria. No entanto, os experimentos seguintes falharam em detectar a presença do éter.

Em 1905, Albert Einstein resolveu o problema com a teoria da relatividade especial, a qual abandonava as antigas leis da cinemática para seguir as transformações de Lorentz as quais eram compatíveis com o electromagnetismo clássico.

A teoria da relatividade mostrou também que adoptando-se um referencial em movimento em relação a um campo magnético, tem-se então um campo eléctrico gerado. Assim como também o contrário era válido, então de fato foi confirmado a relação entre electricidade e magnetismo. Portanto o termo "electromagnetismo" estava consolidado.

O efeito fotoeléctrico​

Em outra publicação sua no mesmo ano, Einstein pôs em dúvida vários princípios do electromagnetismo clássico. Sua teoria do efeito fotoeléctrico (pelo qual ganhou o Prémio Nobel em Física) afirmava que a luz tinha em certo momento um comportamento corpuscular, isso porque a luz demonstrava carregar corpos com quantidades discretas de energia, esses corpos posteriormente passaram a ser chamados de fotões.

Através de sua pesquisa, Max Planck mostrou que qualquer objecto emite radiação electromagnética discretamente em pacotes, ideia que leva a teoria de Radiação de Corpo Negro.

Todos esses resultados estavam em contradição com a teoria clássica da luz como uma mera onda contínua. As teorias de Planck e Einstein foram as causadoras da teoria da mecânica quântica, a qual, quando formulada em 1925, necessitava ainda de uma teoria quântica para o Electromagnetismo.

Essa teoria só veio a aparecer em 1940, conhecida hoje como electrodinâmica quântica; essa é uma das teorias mais precisas da Física nos dias de hoje.

Unidades​

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