O que é o eletromagnetismo ?

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Nesse artigo, vamos falar sobre o que é o eletromagnetismo. De fato, essa é uma das grandes áreas que compõem os pilares da física moderna. Em suma, o eletromagnetismo é uma das primeiras teorias de unificação bem sucedidas da Física, a qual uniu os conceitos teóricos da eletricidade e do magnetismo sob uma mesma formulação teórica.

Então gurunauta, vem comigo que hoje, nós da MeuGuru, preparamos um texto especial para você. Agora, vamos ver e entender o que é o eletromagnetismo e seus impactos na Física e na sociedade.

A eletricidade e o magnetismo

De início, nossa discussão vai se ter as noções de eletricidade e magnetismo. De fato, primordialmente, esses dois conceitos da física eram vistos e entendidos de forma separadas.

Inicialmente, os estudos da eletricidade remontam a grécia antiga. Em especial, ao fílosofo Tales de Mileto que, ao esfregar um âmbar (eléktron) a um pedaço de pele de carneiro, observou que pedaços de palhas e fragmentos de madeira começaram a ser atraídas pelo próprio âmbar. Analogamente, o magnetismo também surge na grécia antiga. Todavia, o mesmo foi observado em algumas pedras da ilhas de Magnésia que parecia atrair alguns pedaços de limalhas de ferro. Mais tarde, os estudos da eletricidade e do magnetismo tornariam-se peças chaves na física moderna, inclusive sendo associados as partículas elementares como os elétrons e ainda a propriedades intrínsicas dos mesmos como o spin.

Assim, a eletricidade e o magnetismo podem ser entendidas como propriedades específicas da matéria. Em particular, a eletricidade aparece associada a quantidade de elétrons de um corpos, o qual, macroscopicamente, reflete-se na quantidade de carga elétrica do corpo. Por outro lado, o magnetismo refere-se a propriedade associado a orientação do spin dos elétrons de um corpo.

A formulação da eletricidade e do magnetismo

Os desenvolvimentos matemáticos e físicos buscavam entender e descrever o comportamento tanto a eletricidade quanto do magnetismo. Entretanto, esses conceitos diferiam das visões usuais dos entes físicos dada pelas leis de Newton.

De fato, nesse contexto temos a introdução dos chamados campos. Basicamente, um campo é uma função que associa um ponto do espaço uma determinada intensidade. Entretanto, nós vemos que a concepção de campos na física é essenciamente elegante. Uma vez que, podemos agrupar os aspectos físicos relevantes da eletricidade e do magnetismo nos chamados campos elétricos E e campo Magnético B.

Ademais, ainda nesse contexto, é possível obter duas equações para cada um dos campos, sendo essas dadas pela Expressão 1.

Primeira descrição da eletricidade e do magnetismo sem a correção de Maxwell.
Expressão 1. Primeira descrição da eletricidade e do magnetismo sem a correção de Maxwell.

Onde, a primeira equação permite o cálculo do fluxo do campo elétrico, isto é, a quantidade de linhas de campo que atravessa uma superfície e a segunda equação garante que as linhas do campo magnético sejam fechadas, consequentemente, isso implica na inexistência de cargas (monopolos) magnéticas.

As duas últimas equações da Expressão 1 são associadas a forma como os campos elétricos e magnéticos giram. Ademais, elas começam a dar as primeiras pistas sobre uma possível relação entre os campos elétricos e magnéticos.

As equações do eletromagnetismo de Maxwell

A descrição matemática da física dos campos elétricos e magnéticos dada pela Expressão 1 ainda não era suficientemente precisa. De fato, o físico James Clerck Maxwell conseguiu constatar que a última equação da Expressão 1 não era suficientemente precisa e necessitava de um termo adicional. Então, Maxwell propôs uma correção nas equações anteriores de modo que obteve o seguinte conjunto de equações.

Equações de Maxwell para o eletromagnetismo.
Expressão 2. Equações de Maxwell para o eletromagnetismo.

Com isso, o físico James Clerck Maxwell conseguiu estabelecer uma completa descrição dos campos elétricos e magnéticos. Uma vez que, ao introduzir o termo de corrente J (chamado de termo de correção de Ampère Maxwell) na última equação da Expressão 2, é possível entender que a variação do campo elétrico produz uma variação do campo magnético e vice e versa.

Com isso, as equações de Maxwell provêm uma completa descrição das interações eletromagnéticas na matéria e no vácuo. Além de que, essa torna-se uma das primeiras teorias físicas que unificam outras teorias para uma descrição mais sofisticada da natureza.

Consequências do eletromagnetismo de Maxwell

A descrição de Maxwell ainda trouxe um incrível resultado para a física: a natureza da luz. De fato, apartir das equações de maxwell é possível obter essencialmente que a luz é uma onda eletromagnética que se movimento com velocidade v = c = 300000000m/s no vácuo. Com isso, tem-se pela primeira vez uma predição teórica sobre o comportamento da luz, sendo então, ondulatório.

Assim, seguindo o eletromagnetismo, a luz comporta-se como uma perturbação dos campos elétricos e magnéticos. Mais geralmente, todas as ondas eletromagnéticas teriam esse comportamento que é similar ao visto na Figura 1.

Figura 1. Esquematização de ondas eletromagnéticas como perturbações dos campos elétricos e magnéticos.

Além disso, a teoria eletromagnética ainda mostrou-se extremamente forte e robusta na física moderna ao passo que, naturalmente, mostrou-se compatível com a teoria da relatividade especial. Isto é, as equações de Maxwell são invariantes sob as transformações de Lorentz.

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