Força magnética

Mestre em Oceanografia Física (USP, 2019)
Graduada em Física (UFABC, 2016)

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Para compreendermos a força magnética precisamos primeiro entender o magnetismo, fenômeno observado desde a Grécia Antiga, na cidade na região de Magnésia, onde existiam ímãs naturais.

Os primeiros estudos dos ímãs se deram com Tales de Mileto (VI a.C.), que observou as propriedades que a magnetita tinha de atrair outras pedras. Já no século VI, os chineses aplicaram essa propriedade e criaram a invenção da bússola. Depois disso, só no século XVIII, que os europeus começaram a realizar experimentos com magnetismo, por exemplo, Pierre Pelerin de Maricourt (nomeou os pólos norte e sul do ímã e descobriu que a agulha da bússola apontava para o pólo norte geográfico da Terra). A partir daí, no século XIX, com os experimento sobre eletricidade e magnetismo (por exemplo o de Hans Christian Oesterd, em 1820, que verificou que uma corrente elétrica gera um campo magnético) que essa teoria passa a se desenvolver mais até se consolidar e se fundir com a teoria elétrica, dando origem ao eletromagnetismo.

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Força magnética
Regra da Mão Direita
Regra da Mão Esquerda ou Regra de Fleming

Força magnética

A força magnética é uma força defletora, nem atrativa e nem repulsiva, que atua apenas entre partículas carregadas em movimento. Ela depende da interação entre partículas em um campo magnético criado por ímãs ou por cargas em movimento.

Um ímã apresenta um pólo norte e um pólo sul, sendo que, ao aproximarmos dois ímãs, pólos iguais se repelem e pólos diferentes se atraem. Podemos dizer que um ímã cria um campo magnético ao seu redor e que afetará outro corpo nessa região. Por exemplo, a Terra é um ímã, e a agulha de uma bússola se alinha ao campo terrestre em certa região, permitindo nos guiarmos.

Quando falamos de cargas em movimento, a força magnética é produzida pelos efeitos dos campos magnéticos dos elétrons dos átomos no interior dos corpos.

Matematicamente a força magnética em cargas em movimento é descrita pela seguinte equação:

Onde 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 é o campo magnético (unidade no SI: Tesla – [T]), onde velocidade e campo medidos no mesmo referencial, e é o ângulo entre as direções da de velocidade e do campo. Observações:

As cargas elétricas em repouso não sofrem ação da força magnética.
A força magnética é sempre perpendicular ao campo e a velocidade.
é produto vetorial entre a velocidade e o campo magnético.

Como a força magnética é uma grandeza vetorial, precisamos descrê-la incluindo sua direção, sentido e módulo. Podemos fazer isso utilizando algumas técnicas:

Regra da Mão Direita

Pegamos nossa mão direita;
Posicionamos nosso polegar na direção da velocidade;
Posicionamos os outros dedos na direção do campo magnético;
E a força estará saindo da palma da nossa mão (veja Figura abaixo).

Regra da Mão Esquerda ou Regra de Fleming

Pegamos nossa mão esquerda;
Nosso indicador no sentido do campo magnético;
O dedo médio no sentido da velocidade;
E o polegar no sentido da força magnética (veja Figura abaixo).

Observação: A Regra de Fleming é utilizada dessa forma para cargas positivas. Quando a carga é negativa devemos inverter o polegar ou devemos usar a regra da mão direita mesmo.

O magnetismo e a força magnética aparecem constantemente no cotidiano das pessoas, por exemplo: trens de levitação magnética, alguns motores, alguns equipamentos (amperímetros, galvanômetros e voltímetros), equipamentos industriais (prensas hidráulicas e maquinário), portões automáticos, fechadura eletrônica, etc.