Eletromagnetismo
Eletromagnetismo é a área responsável por estudar os fenômenos elétricos e os fenômenos magnéticos de maneira unificada. Essa área comporta os estudos da Física desde a lei de Coulomb (que estuda a força elétrica) até as equações de Maxwell.
Leia também: O que são ondas eletromagnéticas?
Resumo sobre eletromagnetismo
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O eletromagnetismo comporta tudo que é estudado em eletricidade e em magnetismo.
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Existem diversas fórmulas estudadas no eletromagnetismo, entre elas a lei de Faraday-Lenz e as equações de Maxwell.
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O eletromagnetismo é importante no desenvolvimento das tecnologias usadas nos equipamentos elétricos e eletrônicos, investigação da origem da vida e no uso e aperfeiçoamento da eletricidade e magnetismo para os mais diversos fins.
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No século 19 descobriram-se os efeitos magnéticos das correntes elétricas, sendo o ponto de partida do estudo do eletromagnetismo.
O que é eletromagnetismo?
O eletromagnetismo é uma área da Física que estuda os fenômenos elétricos junto aos fenômenos magnéticos. No ensino superior, o eletromagnetismo aborda os conteúdos vistos em eletricidade e magnetismo através de um formalismo matemático mais complexo do que o proposto no ensino médio.
Conceitos importantes do eletromagnetismo
Existem diversos conceitos relacionados à eletricidade, contudo, devido a sua extensão, abaixo estão descritos os mais importantes.
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Carga elétrica: é uma propriedade intrínseca da matéria que é conservada e quantizada. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, ela é medida em Coulomb [C]. Para saber mais sobre essa propriedade, clique aqui.
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Força elétrica: é a força de interação atração ou repulsão entre cargas elétricas com sinais opostos ou sinais iguais, respectivamente. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, a sua unidade é o Newton [N]. Para saber mais sobre essa força, clique aqui
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Campo elétrico: propriedade física gerada no espaço por um corpo eletricamente carregado. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, a sua unidade é o Newton por Coulomb [N/C]. Para saber mais sobre essa propriedade, clique aqui
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Lei de Gauss: compara o fluxo total de um campo elétrico sobre uma superfície gaussiana (superfície fechada) à carga elétrica total que está envolvida pela superfície sob a constante de permissividade do vácuo.
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Potencial elétrico: indica a energia necessária para transportar uma carga elétrica entre dois pontos em um espaço com campo elétrico. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, ela é medida em Volt. Para saber mais sobre esse conceito, clique aqui.
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Capacitância: informa a capacidade que um capacitor tem de acumular cargas elétricas. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, a sua unidade de medida é o Faraday [F].
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Corrente elétrica: é o transporte de cargas elétricas dentro de um corpo que sofre uma diferença de potencial elétrico (tensão elétrica). De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, a sua unidade de medida é o Ampère [A]. Para saber mais sobre esse conceito, clique aqui.
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Potência elétrica: é o quanto de energia elétrica um circuito elétrico consome em um período de tempo. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, a sua unidade de medida é o Watt [W].
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Resistência elétrica: é uma propriedade com a finalidade de resistir ao transporte de corrente elétrica. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, a sua unidade de medida é o Ohm [Ω]. Para saber mais sobre essa propriedade, clique aqui.
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Tensão elétrica: é a diferença entre dois potenciais elétricos. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, ela é medida em Volt.
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Campo magnético: propriedade intrínseca da matéria ou que pode ser produzida pelo movimento de partículas eletricamente carregadas. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, ele é medido em Tesla [T]. Para saber mais sobre essa propriedade, clique aqui.
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Força magnética: força produzida por um campo magnético sobre um corpo eletricamente carregado em movimento ou dotado de propriedades magnéticas específicas. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, ela é medida em Newton N. Para saber mais sobre essa força, clique aqui.
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Fluxo magnético: é a quantidade de campo magnético que percorre uma superfície. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, ele é medido em Weber [Wb].
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Lei de Faraday: afirma que a força eletromotriz é produzida quando ocorre uma variação de fluxo magnético em um circuito elétrico. Para saber mais sobre essa lei, clique aqui.
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Equações de Maxwell: conjunto de equações que resumem as leis do eletromagnetismo, servindo para analisar diversos fenômenos estudados em eletricidade, magnetismo e óptica.
Veja também: Radiação ultravioleta — como essa radiação eletromagnética prejudica o ser humano
Fórmulas do eletromagnetismo
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Fórmula da carga elétrica
Q é a carga elétrica total de um corpo, medida em Coulomb [C].
n é a quantidade de elétrons ou prótons em falta ou em excesso, medida em Coulomb [C].
e é a carga elementar ou carga do elétron, seu valor é ±1,6 ∙ 10-19 C (positivo para prótons e negativo para elétrons).
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Fórmula da força elétrica
F é a força de interação entre as partículas eletricamente carregadas, medida em Newton [N].
d é a distância entre as cargas, medida em metros [m].
k é a constante eletrostática do meio, medida em
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Fórmula do campo elétrico
E é o campo elétrico, medido em Newton [N].
Q é o módulo da carga da partícula geradora do campo, medido em Coulomb [C].
d é a distância entre as cargas, medida em metros [m].
k é a constante eletrostática do meio, medida em
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Lei de Gauss
Φ é o fluxo total de um campo elétrico sobre uma superfície gaussiana, medido em [
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Fórmula do potencial elétrico
q é a carga elétrica, medida em Coulomb [C].
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Diferença de potencial elétrico ou tensão elétrica
U é a diferença de potencial elétrico (ddp), medida em Volts [V].
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Fórmula da capacitância
C é a capacitância, medida em Faraday [F] ou Coulomb/Volt [C/V].
Q é a carga armazenada, medida em Ampères [A].
V é o potencial elétrico, medido em Volt [V].
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Fórmula da corrente elétrica
U é a tensão elétrica, medida em Volt [V].
R é a resistência equivalente, medida em Ohm [Ω].
i é a corrente elétrica, medida em Ampère [A].
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Fórmula da potência elétrica
P é a potência elétrica, medida em Watt [W].
R é a resistência elétrica, medida em Ohm [Ω].
i é a corrente elétrica, medida em Ampère [A].
U é a tensão elétrica, medida em Volt [V].
∆U é a variação de tensão elétrica, também chamada de diferença de potencial elétrico, medida em Volt [V].
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1ª Lei de Ohm
U é a diferença de potencial (ddp), medida em Volts [V].
R é a resistência elétrica, medida em Ohm [Ω].
i é a corrente elétrica, medida em Ampère [A].
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2ª Lei de Ohm
ρ é a resistividade do material, medida em [Ω ∙ m].
R é a resistência elétrica, medida em Ohm [Ω].
L é o comprimento do condutor, medido em metros [m].
A é a área de secção transversal do condutor, medida em [m2].
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Campo magnético em uma espira circular
B é o campo magnético, medido em Tesla [T].
μo é a constante de permeabilidade magnética do vácuo, seu valor é
i é a corrente elétrica, medida em Ampère [A].
R é o raio da espira, medido em metros [m].
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Campo magnético em uma bobina chata
B é o campo magnético, medido em Tesla [T].
N é o número de espiras da bobina.
μo é a constante de permeabilidade magnética do vácuo, seu valor é
i é a corrente elétrica, medida em Ampère [A].
R é o raio da bobina, medido em metros [m].
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Campo magnético em um condutor reto
B é o campo magnético, medido em Tesla [T].
μo é a constante de permeabilidade magnética do vácuo, seu valor é
i é a corrente elétrica, medida em Ampère [A].
d é a distância ao fio, medida em metros [m].
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Campo magnético no interior de um solenoide
B é o campo magnético, medido em Tesla [T].
μo é a constante de permeabilidade magnética do vácuo, seu valor é
i é a corrente elétrica, medida em Ampère [A].
N é o número de espiras ou voltas no solenoide.
l é o comprimento do solenoide, medido em metros [m].
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Força magnética sobre partículas carregadas
F é a força magnética, medida em Newton N.
v é a velocidade da partícula em relação ao campo magnético, medida em [m/s].
B é o campo magnético, medido em Tesla [T].
θ é o ângulo formado entre a velocidade e o campo magnético, medido em graus [°].
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Força magnética sobre condutores retilíneos
F é a força magnética, medida em Newton N.
B é o campo magnético, medido em Tesla [T].
i é a corrente elétrica, medida em Ampère [A].
l é o comprimento do fio, medido em metros [m].
θ é o ângulo formado entre o comprimento do fio e o campo magnético, medido em graus [°].
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Força magnética sobre dois condutores retilíneos
F é a força magnética, medida em Newton N.
μo é a constante de permeabilidade magnética do vácuo, seu valor é
i1 é a corrente elétrica do condutor 1, medida em Ampère [A].
i2 é a corrente elétrica do condutor 2, medida em Ampère [A].
l é o comprimento do fio, medido em metros [m].
d é a distância entre os dois condutores, medida em metros [m].
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Fórmula do fluxo magnético
ϕ é o fluxo magnético, medido em Weber [Wb] ou [T ∙ m].
B é o campo magnético, medido em Tesla [T].
A é a área da superfície, medida em [m2].
θ é o ângulo entre a normal ao plano da espira e o vetor campo magnético, medido em graus [°].
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Lei de Faraday-Lenz
ε é a força eletromotriz induzida, medida em Volt [V].
Δϕ é a variação de fluxo magnético, medida em Weber [Wb] ou [T ∙ m].
Δt é a variação de tempo, medida em segundos [s].
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Equações de Maxwell
As equações de Maxwell (em equações integrais) quando não há materiais dielétricos ou magnéticos são:
1) Lei de Gauss para a eletricidade
2) Lei de Gauss para o magnetismo
3) Lei de Faraday
4) Lei de Ampère-Maxwell
Aplicações e importância do eletromagnetismo
O eletromagnetismo é de suma importância para a preservação e evolução da vida, já que o seu estudo permite desenvolvermos dispositivos elétricos — como motores elétricos, cartões elétricos, baterias e muitos outros — e criarmos redes de telecomunicação e redes elétricas para que haja comunicação e eletricidade nas residências, hospitais e indústrias. Além disso, o estudo do eletromagnetismo contribui na investigação da origem subatômica e atômica da matéria que nos compõe.
Saiba mais: Como funcionam os condutores elétricos?
Origem do eletromagnetismo
Há registros e textos sobre a eletricidade e magnetismo datados desde o século VII e VI a.C., na Grécia Antiga; um deles é do filósofo, matemático e astrônomo Tales de Mileto (623 a.C. – 558 a.C.). Mas o estudo da eletricidade associada ao estudo do magnetismo — o eletromagnetismo — só se iniciou no século 19, quando descobriram os efeitos magnéticos das correntes elétricas.
Depois tivemos a descoberta do fenômeno da indução eletromagnética do físico e químico Michael Faraday (1791–1867). Junto a Joseph Henry (1797–1878), ele descobriu a indução eletromagnética.
Em torno de 1873, o físico e matemático James Maxwell (1831–1879) reuniu as leis de Gauss da eletricidade e do magnetismo, a lei de indução Faraday e a lei de Ampère-Maxwell no conjunto de equações fundamentais do eletromagnetismo clássico, denominadas equações de Maxwell.
No início do século 20, com a introdução do eletromagnetismo à relatividade restrita, observou-se que o campo elétrico e o campo magnético se tratavam de diferentes abordagens do mesmo campo fundamental, o campo eletromagnético.
Exercícios resolvidos sobre eletromagnetismo
Questão 1
(Mack-SP) Uma carga elétrica puntiforme com q = 4,0 μC, que é colocada em um ponto P do vácuo, fica sujeita a uma força elétrica de intensidade 1,2 N. O campo elétrico nesse ponto P tem intensidade:
a) 3,0 ∙ 105 N/C
b) 2,4 ∙ 105 N/C
c) 1,2 ∙ 105 N/C
d) 4,0 ∙ 10-6 N/C
e) 4,8 ∙ 10-6 N/C
Resolução:
Alternativa A. Calcularemos o campo elétrico através da fórmula que o relaciona à carga elétrica e à força elétrica:
em que μ = 10-6. Então, substituindo:
Questão 2
(Cesgranrio-RJ) Aproxima-se uma barra imantada de uma pequena bolha de aço, observa-se que a bilha:
a) é atraída pelo polo norte e repelida pelo polo sul
b) é atraída pelo polo sul e repelida pelo polo norte
c) é atraída por qualquer dos polos
d) é repelida por qualquer dos polos
e) é repelida pela parte mediana da barra
Resolução:
Alternativa C. Como a bola de aço está eletricamente neutra, ela pode ser atraída por ambos os polos da barra.
Fontes
NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Eletromagnetismo (vol. 3). Editora Blucher, 2015.
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Eletromagnetismo (vol. 3). 10. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016.
SAMPAIO, José Luiz; CALÇADA, Caio Sérgio. Universo da Física: Ondulatória. Eletromagnetismo, Física Moderna. São Paulo: Atual, 2005.