O eletromagnetismo é uma das grandes áreas estudadas na Física, seu objeto de estudo é a conexão entre os fenômenos da eletricidade e do magnetismo. Seu estudo teve enormes implicações na tecnologia, já que permitiu o desenvolvimento de motores, baterias, televisores, celulares, computadores, energia elétrica, internet e muito mais.
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Resumo sobre eletromagnetismo
- O eletromagnetismo é a parte da Física que abrange a eletricidade e o magnetismo.
- No eletromagnetismo, estudamos diversas fórmulas, como a lei de Coulomb e a lei de Faraday-Lenz.
- Seu estudo permitiu a criação de toda a tecnologia usada atualmente, além de colaborar na investigação da origem da matéria.
- O estudo da eletricidade e do magnetismo foi unificado em eletromagnetismo a partir do século 19.
O que é eletromagnetismo?
O eletromagnetismo é uma área de estudo da Física que analisa os fenômenos elétricos e os fenômenos magnéticos de maneira unificada. Durante o ensino médio, para facilitar a compreensão, o eletromagnetismo é estudado separado em duas áreas: eletricidade e magnetismo. A eletricidade abrange os estudos da eletrostática, desde lei de Coulomb até a lei de Gauss, e da eletrodinâmica, desde potencial elétrico até circuitos elétricos. Já o magnetismo abrange os estudos desde o campo magnético até as equações de Maxwell.
Principais fenômenos e conceitos do eletromagnetismo
No eletromagnetismo estudamos diversos conceitos, abaixo selecionamos alguns dos principais.
- Carga elétrica: é uma propriedade inerente à matéria, sendo quantizada e conservada. Sua unidade de medida pelo Sistema Internacional de Unidades é o Coulomb [C].
- Força elétrica: é a força de atração ou repulsão entre diferentes cargas elétricas. Sua unidade de medida é o Newton [N].
- Campo elétrico: é a propriedade física produzida por um corpo eletricamente carregado. Sua unidade de medida é o Newton por Coulomb [N/C].
- Lei de Gauss: relaciona o fluxo do campo elétrico em uma superfície gaussiana com a carga elétrica que está em seu interior.
- Potencial elétrico: é o trabalho da força elétrica para transportar uma carga elétrica entre dois pontos em uma região com campo elétrico. Sua unidade de medida é o Volt [V].
- Capacitância: indica quanto um capacitor consegue armazenar cargas elétricas. Sua unidade de medida é o Farad [F].
- Corrente elétrica: é o fluxo de cargas elétricas no interior de um corpo durante um intervalo de tempo. Sua unidade de medida é o Ampere [A].
- Potência elétrica: mensura a quantidade de energia elétrica que um circuito elétrico é capaz de consumir em um intervalo de tempo. Sua unidade de medida é o Watt [W].
- Resistência elétrica: é uma propriedade física capaz de resistir à propagação de corrente elétrica. Sua unidade de medida é o Ohm [Ω].
- Tensão elétrica: é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos em um circuito elétrico. Sua unidade de medida é o Volt [V].
- Campo magnético: é a propriedade física inerente à matéria ou produzida pelo movimento de partículas eletricamente carregadas. Sua unidade de medida é o Tesla [T].
- Força magnética: é a força de interação entre corpos com propriedades magnéticas. Sua unidade de medida é o Newton [N].
- Fluxo magnético: é o fluxo de campo magnético que atravessa uma superfície (como bobina, solenoide ou espira). Sua unidade de medida é o Weber [Wb].
- Lei de Faraday-Neumann-Lenz: diz respeito à geração de corrente elétrica induzida e de força eletromotriz induzida quando o fluxo magnético é variado em uma superfície (como bobina, solenoide ou espira).
- Equações de Maxwell: conjunto de equações que englobam as leis do eletromagnetismo, possibilitando diversas análises a respeito de fenômenos estudados na eletricidade, no magnetismo e na óptica.
Veja também: O que afirmam as três leis de Ohm?
Quais são as fórmulas do eletromagnetismo?
→ 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, cujo valor é
→ 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
→ Fórmula do campo elétrico
E é o campo elétrico, medido em Newton [N].
d é a distância entre as cargas, medida em metros [m].
k é a constante eletrostática do meio, medida em
→ Fórmula da lei de Gauss
Φ é o fluxo total de um campo elétrico sobre uma superfície gaussiana, medido em [
qenv é a carga elétrica envolvida pela superfície, medida em Coulomb [C].
εo é a constante de permissividade do vácuo, que vale
→ Fórmula do potencial elétrico
VA é o potencial elétrico no ponto A, medido em Volts [V].
WAB é o trabalho da força elétrica para deslocar uma carga do ponto A ao ponto B, medido em Joule [J].
q é a carga elétrica, medida em Coulomb [C].
→ Fórmula da diferença de potencial elétrico ou tensão elétrica
U é a diferença de potencial elétrico (ddp), medida em Volts [V].
VA é o potencial elétrico no ponto A, medido em Volts [V].
VB é o potencial elétrico no ponto B, medido em Volts [V].
→ Fórmula da capacitância
C é a capacitância, medida em Faraday [F] ou Coulomb/Volt [C/V].
Q é a carga armazenada, medida em Ampere [A].
V é o potencial elétrico, medido em Volt [V].
→ 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 Ampere [A].
→ 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 Ampere [A].
U é a tensão elétrica, medida em Volt [V].
∆U é a variação de tensão elétrica, também chamada por diferença de potencial elétrico, medida em Volt [V].
→ Fórmula da 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 Ampere [A].
→ Fórmula da 2ª lei de Ohm
ρ é a resistividade do material, medida em
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].
→ Fórmula do 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 Ampere [A].
R é raio da espira, medido em metros [m].
→ Fórmula do 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 Ampere [A].
R é raio da bobina, medido em metros [m].
→ Fórmula do 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 Ampere [A].
d é distância ao fio, medida em metros [m].
→ Fórmula do 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 Ampere [A].
N é o número de espiras ou voltas no solenoide.
l é o comprimento do solenoide, medido em metros [m].
→ Fórmula da força magnética sobre partículas carregadas
F é a força magnética, medida em Newton [N].
q é o módulo da carga elétrica em excesso ou falta, medido em Coulomb [C].
v é a velocidade da partícula em relação ao campo magnético, medida em [ms].
B é o campo magnético, medido em Tesla [T].
θ é o ângulo formado entre a velocidade e o campo magnético, medido em graus [°].
→ Fórmula da 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 Ampere [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 [°].
→ Fórmula da 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 Ampere [A].
i2 é a corrente elétrica do condutor 2, medida em Ampere [A].
l é o comprimento do fio, medido em metros [m].
d é a distância entre os dois condutores, medida em metros [m].
→ 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 [°].
→ Fórmula da 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].
→ Equações de Maxwell
As equações de Maxwell (em equações integrais), quando não há materiais dielétricos ou magnéticos, são:
- Lei de Gauss para a eletricidade:
- Lei de Gauss para o magnetismo:
- Lei de Faraday:
- Lei de Ampere-Maxwell:
Aplicações e importância do eletromagnetismo
O eletromagnetismo é de extrema importância em razão da sua infinidade de aplicações. Com base em seu estudo, foi possível fabricar diversos dispositivos elétricos e eletrônicos, como:
- motores;
- baterias;
- disjuntores;
- televisores;
- geladeiras;
- celulares.
A área também possibilitou o desenvolvimento de circuitos elétricos, redes elétricas, redes de telecomunicação e redes de fibra óptica; além de contribuir significativamente na compreensão da origem da matéria e de seus fenômenos.
Saiba mais: Lei de Biot-Savart — uma das leis que fundamentam o eletromagnetismo
Origem do eletromagnetismo
A origem da eletricidade e do magnetismo é datada desde a Grécia Antiga nos séculos VII a.C. e VI a.C., sendo um dos primeiros relatos do polímata Tales de Mileto (623 a.C.-558 a.C.). Dessa forma, durante muitos séculos, estudou-se a eletricidade separada do magnetismo, até que, entre 1820 e 1829, o físico e químico Hans Oersted (1777-1851) descobriu que uma corrente elétrica contínua seria capaz de alterar o movimento da agulha magnética de uma bússola próxima a ele.
Então, a partir desse momento, os cientistas perceberam que havia uma relação entre os fenômenos elétricos e magnéticos e que, portanto, eles deveriam ser estudados como um só, o eletromagnetismo.
Mapa mental: Eletromagnetismo
*Baixe o mapa mental sobre eletromagnetismo!
Exercícios resolvidos sobre eletromagnetismo
01) (Mackenzie-SP) Dois corpúsculos eletrizados com cargas elétricas idênticas estão situados no vácuo
a) 9
b) 8
c) 6
d) 4
e) 2
Resolução:
Alternativa E
Calcularemos a carga elétrica desses corpúsculos por meio da lei de Coulomb, dada pela fórmula:
02) (UFV) Se um corpo encontra-se eletrizado positivamente, pode-se afirmar que ele apresenta
a) falta de prótons.
b) excesso de elétrons.
c) falta de elétrons.
d) excesso de nêutrons.
e) falta de nêutrons.
Resolução:
Alternativa C
Quando um corpo está eletrizado positivamente, significa que se retirou elétrons dele, então temos uma falta de elétrons.
Fontes
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Eletromagnetismo (vol. 3). 10. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016.
NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Eletromagnetismo (vol. 3). Editora Blucher, 2015.
SAMPAIO, José Luiz; CALÇADA, Caio Sérgio. Universo da Física: Ondulatória. Eletromagnetismo, Física Moderna. São Paulo: Atual, 2005.
