Campo Magnético

Campo magnético[editar]

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Um pouco sobre campos[editar]

Antes do conceito de campo ser estabelecido dentro da física admitia-se que as interações físicas, quaisquer que fossem suas naturezas, davam-se por ação direta e instantânea de uma das partes interagentes sobre a outra e vice-versa, em um modelo conhecido por "ação à distância". Neste modelo, em essência, não havia um ente físico responsável por intermediar a interação.

Surgindo entre outros como um mecanismo para facilitar os cálculos envolvidos em problemas onde havia inúmeros - ou às vezes incontáveis - objetos que, dispostos simetricamente, atuavam simultaneamente sobre o ente físico em análise, o conceito de campo evoluiu rapidamente junto às descobertas de novos fatos que contrastavam com a ideia de ação à distância, chegando-se ao ponto deste ganhar, nos paradigmas válidos atualmente, status de ente físico com existência real. A possibilidade de verificar-se experimentalmente que "o limite superior para a velocidade de transmissão de uma informação é a velocidade da luz" foi certamente decisivo a favor da ideia de campo: o campo hoje expressa uma entidade real responsável por mediar a interação entre dois entes físicos quaisquer. Há pois um campo associado à interação gravitacional, um associado à interação elétrica, um associado à interação magnética, e assim por diante. As ondas eletromagnéticas figuram como o ápice de tal ideia: um campo elétrico e um campo magnético sustentando-se mutuamente de forma a propagarem-se livremente pelo espaço.

Têm-se pois os seguintes modelos físicos:

(1): ente 1 <-- ação à distância: direta e instantânea --> ente 2 : superado; contradito por fatos descobertos nos últimos séculos.

(2): ente 1 <-- Campo: ação não direta e não instantânea --> ente 2: paradigma atual

Diagrama representando os vetores \vec B , \vec v e a força resultante \vec F que atua em um pósitron (e+) na situação apresentada. O campo magnético encontra-se saindo da tela, situação por convenção representada por um círculo com um pontinho ao centro. Caso o pósitron fosse posto a se mover em qualquer dos sentidos perpendiculares à tela, saindo ou entrando desta - em direção paralela à de \vec B , portanto - a força magnética sobre este mostrar-se-ia, por isto, nula.

Nos termos do modelo atual a interação magnética entre dois momentos de dipolo magnéticos é analisada sob enfoque de um campo, neste caso uma entidade vetorial conhecida por campo magnético. Sua definição tem origem em fatos empíricos, sendo o mesmo definido como se segue.

Definição[editar]

Considere uma carga elétrica de prova positiva q = e+ movendo-se com uma velocidade \vec v não nula em uma região do espaço sob influência apenas de fontes magnéticas - a exemplo, sob influência de fios que conduzem correntes elétricas, ou mesmo de uma distribuição não necessariamente simples de dipolos magnéticos. Nestes termos verifica-se experimentalmente que:

havendo presença de força magnética \vec F_M atuando na partícula, esta será sempre perpendicular à velocidade \vec v desta partícula.

mantidas demais condições inalteradas, o valor da força magnética \vec F_M é diretamente proporcional ao valor da carga q da partícula.

mantidas demais condições inalteradas, o valor da força magnética \vec F_M é diretamente proporcional ao valor v da velocidade \vec v da partícula.

variando-se apenas a direção da velocidade \vec v da partícula, para cada ponto há uma direção em específico para a qual o valor da força magnética mostrar-se-á nulo.

o valor da força magnética \vec F_M depende do ângulo existente entre a direção da velocidade \vec v da partícula e a direção anterior - para a qual a força magnética mostra-se nula. O fator de proporcionalidade envolve o seno do ângulo em questão ( sen \theta ).

Agrupando-se logicamente estes dados chega-se à conclusão de que a força magnética que atua sobre uma carga elétrica q em movimento é proporcional ao produto das grandezas relacionadas:

F \alpha q.v.sen \theta

onde \alpha é traduzido por "é diretamente proporcional a". O rigor matemático permite-nos transformar tal sentença em uma igualdade mediante a introdução de uma constante, aqui nomeada B.

F= B(q.v.sen \theta)

A contante B corresponderá, por definição, justamente ao valor do campo magnético presente no ponto em que a partícula se encontra, ficando este por tal assim definido:

B = \frac {F_M}{q.v.sen \theta}

Regra da mão direita, em sua versão conhecida por "regra do tapa", exibindo a correta relação entre os vetores \vec F_M , \vec v e \vec B para a interação magnética.

O valor do campo magnético B fica experimentalmente definido visto que as demais grandezas das quais depende - velocidade, força e ângulo - são facilmente mensuráveis na prática. Contudo há ainda que se considerar a direção e sentido do campo magnético B, pois este é em verdade uma grandeza vetorial. Assim:

a direção do campo magnético B é definida como sendo paralela à direção da velocidade \vec v da partícula carregada para no caso em que a força magnética sobre a mesma mostre-se nula em virtude apenas da orientação desta velocidade.

o sentido do campo magnético é estabelecido de forma a ter-se o sentido do campo magnético \vec B análogo ao sentido do vetor que resulta do produto vetorial entre \vec F_M e \vec v na ordem dada, ou seja, análogo ao sentido do resultado do produto \vec F_M \times \vec v .

Em essência, esta definição implica a regra da mão direita conforme amplamente difundida, de forma que:

\vec F_M = q. \vec v \times \vec B

Esta é a expressão fundamental da interação magnética, que permite calcular a força magnética que atua em uma partícula que se mova com uma velocidade \vec v em uma região do espaço onde haja um campo magnético \vec B . Esta equação encerra em si todos os pontos empíricos inicialmente discutidos, inclusive o fato experimental de que a força magnética \vec F_M mostra-se sempre perpendicular à velocidade \vec v da partícula, e também