Força Eletromagnética

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A força eletromagnética é uma força fundamental. Seu nome vem do fato dela unir as forças elétrica e magnética. Mas como ela surgiu? Bem, para entender isso precisamos entender como a eletricidade e o magnetismo foram unificados.

Por muito tempo pensou-se que eletricidade e magnetismo fossem coisas diferentes, porém, isso começa a mudar, quando em 1820, Hans Christian Oesterd, em um experimento feito em sala de aula mostrando que corrente elétrica gera campo magnético. Nesse tempo, outros cientistas foram investindo nessa ideia, por exemplo, André-Marie Ampère (mostrou que dois fios paralelos, com correntes na mesma direção, se atraiam, e com correntes na direção oposta se repeliam) e François Aragos (mostrou que se uma corrente passasse por um fio de cobre esse fio pode atrair um filamento de ferro, como um ímã). Ou seja, a ideia de que eletricidade e magnetismo podiam estar interligados estava por ai!

Em 1831, Michael Faraday, mostrou, experimentalmente, que a variação do fluxo magnético gerava corrente elétrica. Além disso, Faraday também propôs a existência de linhas de campo ao redor do fio, porém ele não demonstrou isso matematicamente, o que gerava algum incomodo em alguns cientistas da época.

Em 1855, que James Clerk Maxwell, descreveu matematicamente as linhas de campo propostas por Faraday. Além disso, Maxwell juntou as teorias descritas pelos seus antecessores e os trabalhos da época, interligando tudo quatro equações, chamadas equações de Maxwell, mostrando que a variação de um campo elétrico gera um campo magnético e vice-versa, ou que uma onda elétrica se propagando no vácuo gera uma onda magnética.

No século XX, Albert Einstein, amplia as ideias de Maxwell, quando desenvolveu a sua Teoria da Relatividade Geral, fundindo campos elétricos e magnéticos num único campo e limitando a velocidade de toda matéria a velocidade da radiação eletromagnética.

A partir disso, as bases da teoria eletromagnética estavam postas. Vejamos então a força eletromagnética.

Força eletromagnética

A força eletromagnética descreve, microscopicamente, fenômenos elétricos e magnéticos, explicando como partículas carregadas interagem. Ela é uma força de longo alcance e atua sobre corpos com cargas elétricas, em movimento ou não.

A força elétrica atua entre todas as partículas carregadas, estando elas em movimento ou não. Ela pode ser atrativa ou repulsiva e é descrita pela chamada Lei de Coulomb, proposta por Charles-Augustin Coulomb em 1785:

\vec{F}_{el}=k\frac{q\cdot Q}{r^2}\hat{r}

Onde, \vec{F}_{el} é a força elétrica (unidade no SI: Newton - [N]), k=\frac{1}{4\pi\epsilon_0}=\mathrm{8,99}\cdot 10^9 N\cdot m^2 /C^2 é uma constante eletrostática, {\epsilon }_{0}=8,85x{10}^{-12}{C}^{2}/N\mathrm{.}{m}^{2} é a constante de permissividade no vácuo q e Q são cargas elétricas (unidade no SI: Coulomb – [C]) e \hat{r} é um vetor unitário na direção da reta que liga as duas partículas.

Já força magnética é uma força defletora, nem atrativa e nem repulsiva, que atua apenas entre partículas carregadas em movimento. Matematicamente ela é descrita pela seguinte equação:

\vec{{F}_{\mathit{mag}}}=q\vec{v}x\vec{B}

ou

{F}_{\mathit{mag}}=q\mathrm{.}v\mathrm{.}B\mathrm{.}\mathit{sen}\left(\phi \right)

Onde \vec{{F}_{mag}} é a força magnética (unidade no SI: Newton – [N]), q é carga (unidade no SI: Coulomb – [C]), (unidade no SI: [m/s]) é a velocidade da carga e \vec{B} é o campo magnético (unidade no SI: Tesla – [T]), onde velocidade e campo medidos no mesmo referencial, e \phi é o ângulo entre as direções da de velocidade e do campo. Lembrando que \vec{v}x\vec{B}=v\mathrm{.}B\mathrm{.}\mathit{sen}\left(\phi \right) é produto vetorial entre a velocidade e o campo magnético.

Por fim, podemos unir a força elétrica e a força magnética, descrevendo matematicamente a força eletromagnética, que pode ser expressa pela chamada Lei de Lorentz:

\vec{F}={\vec{F}}_{\mathit{el\acute{e}trica}}+{\vec{F}}_{\mathit{magn\acute{e}tica}}=q.\vec{E}+q.\vec{v}x\vec{B}=\frac{{k}_{0}.q.Q}{d{^2}}

Onde, q e Q são cargas elétricas (unidade no SI: Coulomb– [C]), \vec{E} é o campo elétrico (unidade no SI: Newton por Coulomb [N/C]), \vec{v} é a velocidade com que a partícula se move (unidade no SI: metros por segundo – [m/s], \vec{B} é o campo magnético (unidade no SI: Tesla – [T]), d é distância entre as cargas (unidade no SI: metros – [m]) e k0 é a constante eletrostática no vácuo (k0 = 8,99 x 109 N.m².C-2).

A força eletromagnética é a segunda força mais forte entre as chamadas forças fundamentais (intensidade em torno de 10-2N), só perdendo, para força nuclear forte.

Cada força fundamental apresenta partículas mediadoras, ou seja, partículas que transmitem a força de uma partícula para outra. Na força eletromagnética a partícula mediadora é o fóton.

A Força Eletromagnética é muito importante. Ela é a responsável por segurar os elétrons em suas órbitas nos átomos e por controlar a emissão e absorção de luz (mudança nível energético ou aceleração de partícula).

Referências:

AFEWORK, Bethel; CAMPBELL, Allison; HANANIA, Jordan; LLOYD, Ellen; TOOR, Jasdeep; DONEV, Jason. Eletromagnetic Force. Encyclopedia of University of Calgary. Disponível em: . Acessado em: 03/01/2022.

BRITTANICA. Eletromagnetism. BRITTANICA Encyclopedia. Disponível em: . Acessado em: 03/01/2022.

CHERMAN, Alexandre. Os primórdios da relatividade: O eletromagnetismo. Fundação Planetário da Cidade do Rio de Janeiro. Disponível em: . Acessado em: 04/01/2022. Rio de Janeiro, 2009.

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