Introdução ao Eletromagnetismo - História e Conceitos Fundamentais

1 INTRODUÇÃO AO ELETROMAGNETISMO PARTE 1 Por DECIO T SANTANA TALES também relata propriedades de atração entre pedaços de um mineral chamado de magnetita Fe3SO4 ÍMÃ NATURAL com objetos de ferro TALES DE MILETO 640550 aC astrônomo e pensador grego realizou observações sobre eletrização ao friccionar o âmbar resina de Pinheiros com uma pele de animal e adquiria a propriedade de atrair corpos leves como pedaços de palha sementes de grama e grãos de poeira Exemplo análogo pedaços de papel são atraídos pelo pente de cabelo Sua sistematização baseouse nas seguintes observações vários corpos ao serem atritados se comportavam como o âmbar e a atração exercida por eles se manifestava sobre qualquer outro corpo Foi Gilbert quem introduziu os termos eletrizado eletrização e eletricidade Século II Invenção chinesa da Bússola Cerca de 2000 anos mais tarde o médico inglês William Gilbert 1544 1603 fez observações sistemáticas de alguns fenômenos elétricos obra De Magnete 1600 Em 1660 Otto Von Guericke 1602 1686 inventa a máquina eletrostática que era capaz de gerar cargas elétricas por fricção Experiência dos hemisférios de Magdeburgo 1729 Stephen Gray descobriu o fenômeno da condução elétrica e fez a distinção entre materiais condutores e não condutores Todos os corpos que possuíssem eletricidade vítrea ou resinosa repeliriam uns aos outros Por outro lado corpos com eletricidade de nomes contrários atraíamse mutuamente O cientista francês Charles François Du fay procurou dar uma explicação ao fenômeno da eletrização Segundo ele existiam dois tipos de eletricidade eletricidade vítrea aquela que aparece no vidro após ser atritado com seda e eletricidade resinosa aquela que aparece no âmbar atritado com pele Em 1746 o holandês Pieter van Musschenbroek professor em Leiden descobre A GARRAFA DE LEYDEN ou o que chamamos hoje de CAPACITOR condensador capaz de armazenar carga elétrica HOJE Quando um corpo é atritado por outro um deles perde parte do seu fluido essa parte é transferida ao outro corpo Ele dizia que o corpo que recebia o fluido elétrico estava eletrizado positivamente e o que o perdia negativamente O cientista americano Benjamin Franklin 17361806 apresentou duas contribuições fundamentais para explicar a eletrização formulou a hipótese de um fluido único De acordo com sua teoria os corpos não eletrizados possuem uma quantidade natural de um certo fluido elétrico Essa terminologia é usada até hoje e corresponde aos termos eletricidade vítrea e resinosa de Du fay Primeira contribuição foi a hipótese de que a carga elétrica é conservada ela já existe nos corpos e se redistribui quando os corpos são atritados Sua segunda grande contribuição Usou um fio de metal para empinar uma pipa de papel Este fio estava preso a uma chave também de metal manipulada por um fio de seda Franklin soltou o brinquedo junto com o filho e observou que a carga elétrica dos raios descia pelo dispositivo TAMBÉM realizou a seguinte experiência A perigosa experiência realizada em 15 de junho de 1752 comprovou à comunidade científica da época que o raio é apenas uma corrente elétrica de grandes proporções Franklin demonstrou ainda que hastes de ferro ligadas à terra e posicionadas sobre ou ao lado de edificações serviriam de condutores de descargas elétricas atmosféricas Estava inventado o paráraios Em 1820 Hans Christian Oersted descobriu que a corrente elétrica em um fio era capaz de alterar a direção da agulha de uma bússola A eletricidade e o magnetismo se desenvolveram de forma independente Até que Assim nasceu o eletromagnetismo Em 1831 Michael Faraday descobre que a variação na intensidade do Campo Magnético IMÃ sobre um circuito fechado induz uma corrente em uma bobina Uma corrente induzida também é observada ao se introduzir um ímã nessa bobina Uma bobina próxima a um ima que gira é um exemplo de um gerador de corrente elétrica alternada Em 1873 a publicação do tratado sobre Eletricidade e Magnetismo de James Clerk Maxwell representa um enorme avanço no estudo do eletromagnetismo A luz passa a ser entendida como onda eletromagnética uma onda que consiste de campos elétricos e magnéticos perpendiculares à direção de sua propagação EQUAÇÕES DE MAXWELL And it came to pass that EdA qε₀ Gauss law for electricity BdA 0 Gauss law for magnetism Eds dΦBdt Faradays law Bds μ₀ε₀ dΦEdt μ₀i AmpereMaxwell law and there was Light 2006 Instant Attitudes Lei de Gauss Eletrostática Lei de Gauss Magnetostática Lei de Faraday Lei de Ampère Em experiências realizadas a partir de 1885 Heinrich Hertz estuda as propriedades das ondas eletromagnéticas geradas por uma bobina de indução nessas experiências observa que são refletidas refratadas e polarizada do mesmo modo que a luz Com o trabalho de Hertz fica demonstrado que as ondas de radio e as de luz são ambas ondas eletromagnéticas desse modo confirmando as teorias de Maxwell as ondas de radio e as ondas luminosas diferem apenas na sua frequência Espectro eletromagnético I Frequência Hz Hertz Raios Cósmicos Raios Gama Raios X Raios Ultravioleta Luz Visível Luz Infra Vermelha Radar Televisão e Rádio FM Ondas Curtas de Rádio Radio Am Som Infrasom Radiação Visível luz Essas ondas constituem uma estreita faixa do espectro eletromagnético apresentando frequências compreendidas entre 46 x 10 elevado a 14Hz e 67 x 10 elevado a 14Hz São capazes de excitar as células fotossensíveis da retina do nosso olho causandonos a sensação de visão Observe que a menor frequência visível nos dá a sensação de vermelho e a maior frequência visível a sensação de violeta A luz constitui uma estreita faixa do espectro eletromagnético A frequência da luz cresce do vermelho para o violeta Mais de dez anos se passaram até que Guglielmo Marconi utilizou as ondas de rádio no seu telegrafo sem fio A primeira mensagem de rádio é transmitida através do Atlântico em 1901 TRANSMISSOR RECEPTOR E NO SÉCULO XX A compreensão dos mecanismos responsáveis pela eletrização por atrito teve um grande avanço no primeiro quarto do século XX Quando dois corpos se tocam há muitos pontos em que os átomos de um estão muito próximos dos átomos que compõe o outro e então os elétrons sofrerão forças devidos aos átomos um do outro Alguns desses elétrons passam de um átomo para outro de um corpo para outro Quando os corpos se movem um em relação ao outro os átomos que estavam próximos se separam e podem ficar com elétrons a mais ou a menos Descoberta do núcleo atómico Experiência que levou ao modelo atômico vigente Conclusões de Rutherford O átomo é formado por um núcleo muito pequeno e denso com carga positiva no qual se concentra praticamente toda a massa do átomo Ao redor do núcleo localizamse os elétrons neutralizando a carga positiva Assim ele criou o Modelo Planetário do Átomo Modelo atômico de Rutherford 1911 Estrutura atômica Partícula Localização Carga relativa Massa relativa próton núcleo 1 1 nêutron núcleo 0 1 elétron eletrosfera 1 11836 Electrón e Eletrosfera Protón p Neutrón sem carga n Partícula Massa grama Massa relativa Carga elétrica Coulomb Carga líquida Próton 171024 1 161019 1 Nêutron 0 171024 1 0 0 Elétron 911028 11840 161019 1 CARGA ELÉTRICA O que é a carga elétrica Partículas subatômicas a carga elétrica é uma propriedade física da matéria positiva ou negativa