Os campos estão à nossa volta. Seja o campo gravitacional causado pela massa da Terra ou os campos elétricos criados por partículas carregadas, como elétrons, existem campos invisíveis em todos os lugares, representando potenciais e forças invisíveis, capazes de mover objetos com características apropriadas.

Por exemplo, um campo elétrico em uma área significa que um objeto carregado pode ser desviado de seu caminho original quando entra na região, e o campo gravitacional devido à massa da Terra o mantém firmemente na superfície da Terra, a menos que você faça algum trabalho para superar sua influência.

Os campos magnéticos são a causa das forças magnéticas, e os objetos que exercem forças magnéticas em outros objetos o fazem criando um campo magnético. Os campos magnéticos podem ser detectados pela deflexão das agulhas da bússola, alinhadas com as linhas de campo (o norte magnético da agulha apontando para o sul magnético). Se você está estudando eletricidade e magnetismo, aprender mais sobre campos magnéticos e a força magnética é uma etapa crucial em sua jornada.
O que é um campo magnético?

Na física em geral, os campos são vetores com valores em todas as regiões do espaço que informam quão forte ou fraco é um efeito nesse ponto e a direção do efeito. Por exemplo, um objeto com massa, como o sol, cria um campo gravitacional, e outros objetos com massa entrando nesse campo são afetados por uma força como resultado. É assim que a atração gravitacional do sol mantém a Terra em órbita ao seu redor.
Mais longe no sistema solar, como na faixa da órbita de Urano, a mesma força se aplica, mas a força é grande mais baixo. É sempre direcionado diretamente ao sol; se você imagina uma coleção de flechas ao redor do sol, todas apontando para ele, mas com comprimentos maiores a distâncias próximas (força mais forte) e comprimentos menores a longas distâncias (força mais fraca), você basicamente imaginou o campo gravitacional no sistema solar.

Da mesma forma, objetos com carga criam campos elétricos, e cargas móveis geram campos magnéticos
, que podem dar origem a uma força magnética em um objeto carregado próximo ou em outros materiais magnéticos .

Esses campos são um pouco mais complicados em termos de forma do que os campos gravitacionais, pois possuem linhas de campo magnético em loop que emergem do positivo (ou no polo norte) e terminam no negativo (ou no sul) , mas eles desempenham o mesmo papel básico. Eles são como linhas de força, que mostram como um objeto colocado em um local se comportará. Você pode visualizá-lo claramente usando limalha de ferro, que se alinhará com o campo magnético externo.

Os campos magnéticos são sempre campos dipolares, portanto não há monopólos magnéticos. Geralmente, os campos magnéticos são representados com a letra B
, mas se um campo magnético passa por um material magnético, isso pode se polarizar e gerar seu próprio campo magnético. Este segundo campo contribui para o primeiro campo, e a combinação dos dois é referida pela letra H
, onde H \u003d B /μ _{m, e μ m \u003d K m µ 0, com µ 0 \u003d 4π × 10 - 7 H /m (isto é, a permeabilidade magnética do espaço livre) e K sendo a permeabilidade relativa de o material em questão.}

A quantidade de campo magnético que passa através de uma determinada área é chamada fluxo magnético. A densidade do fluxo magnético está relacionada à força do campo local. Como os campos magnéticos são sempre dipolares, o fluxo magnético líquido através de uma superfície fechada é 0. (Quaisquer linhas de campo que saem da superfície necessariamente entram nela novamente, cancelando-as.)
Unidades e Medição

A unidade SI da força do campo magnético é o tesla (T), onde:

1 tesla \u003d 1 T \u003d 1 kg /A s 2 \u003d 1 V s /m 2 \u003d 1 N /A m

Outra unidade amplamente utilizada para a força do campo magnético é o gauss (G), onde:

1 gauss \u003d 1 G \u003d 10 ^{- 4 T}

O tesla é uma unidade bastante grande, portanto, em muitas situações práticas, o gauss é uma escolha mais útil - por exemplo, um imã de geladeira terá uma força de cerca de 100 G, enquanto o campo magnético da Terra na superfície da Terra é de cerca de 0.5 G.
Causas dos campos magnéticos

A eletricidade e o magnetismo estão fundamentalmente entrelaçados porque os campos magnéticos são gerados pela carga em movimento (como correntes elétricas) ou pela mudança de campos elétricos, enquanto um campo magnético variável gera um campo elétrico.

Em um ímã em barra ou em um objeto magnético semelhante, o campo magnético resulta de vários "domínios" magnéticos alinhados, que por sua vez são criados pelo movimento dos elétrons carregados em torno dos núcleos de seus átomos. Esses movimentos produzem pequenos campos magnéticos dentro de um domínio. Na maioria dos materiais, os domínios terão alinhamento aleatório e se cancelam, mas em alguns materiais os campos magnéticos nos domínios vizinhos ficam alinhados e isso produz magnetismo em maior escala.

O campo magnético da Terra também é gerado movendo a carga, mas, neste caso, é o movimento da camada derretida ao redor do núcleo da Terra que cria o campo magnético. Isso é explicado pela teoria do dínamo , que descreve como um fluido rotativo, carregado eletricamente, gera um campo magnético. O núcleo externo da Terra contém ferro líquido em constante movimento, com elétrons viajando através do líquido e gerando o campo magnético.

O sol também possui um campo magnético, e a explicação de como isso funciona é muito semelhante. No entanto, as variadas velocidades de rotação de diferentes partes do sol (ou seja, o material semelhante a fluido em diferentes latitudes) levam as linhas de campo a se enroscarem ao longo do tempo, bem como a muitos fenômenos associados ao sol, como explosões solares e manchas solares e o ciclo solar de aproximadamente 11 anos. O sol possui dois pólos, como um ímã em barra, mas os movimentos do plasma solar e a atividade solar gradualmente crescente fazem com que os pólos magnéticos girem a cada 11 anos.
Fórmulas de campos magnéticos

Os campos magnéticos devido a diferentes arranjos de carga móvel, é necessário derivar individualmente, mas existem muitas fórmulas padrão que você pode usar para não “reinventar a roda” todas as vezes. Você pode derivar fórmulas para basicamente qualquer disposição de carga móvel usando a lei de Biot-Savart ou a lei de Ampere-Maxwell. No entanto, as fórmulas resultantes para arranjos simples de corrente elétrica são tão comumente usadas e citadas que você pode simplesmente tratá-las como "fórmulas padrão" em vez de derivá-las da lei de Biot-Savart ou Ampere-Maxwell todas as vezes.

O campo magnético de uma corrente linear é determinado pela lei de Ampere (uma forma mais simples da lei de Ampere-Maxwell) como:
B \u003d \\ frac {μ_0 I} {2 π r}

Onde μ
_{0 é como definido anteriormente, I
é a corrente em amperes e r
é a distância do fio que você está medindo no campo magnético.}

O campo magnético no centro de um loop de corrente é dado por:
B \u003d \\ frac {μ_0 I} {2 R}

Onde R
é o raio do loop , e os outros símbolos são os definidos anteriormente.

Finalmente, o campo magnético de um solenóide é dado por:
B \u003d μ_0 \\ frac {N} {L} I

Onde N
é o número de voltas e L
é o comprimento do solenóide. O campo magnético de um solenóide está amplamente concentrado no centro da bobina.
Exemplos de cálculos

Aprender a usar essas equações (e outras como elas) é a principal coisa que você deve fazer ao calcular um campo magnético ou a força magnética resultante; portanto, um exemplo de cada um ajudará você a lidar com o tipo de problemas que você provavelmente encontrará.

Para um fio longo e reto que carrega uma corrente de 5 amperes (por exemplo, I \u003d 5 A), qual é a força do campo magnético a 0,5 m do fio?

Usando a primeira equação com I \u003d 5 A er \u003d 0,5 m, obtém-se:
\\ begin {align} &\u003d \\ frac {μ_0 I} {2 π r} \\\\ &\u003d \\ frac {4π × 10 ^ {- 7} \\ text {H /m} × 5 \\ text {A}} {2π × 0,5 \\ text { m}} \\\\ &\u003d 2 × 10 ^ {- 6} \\ text {T} \\ end {alinhado}

Agora, para um loop de corrente carregando I \u003d 10 A e com um raio de r \u003d 0,2 m, o que é o campo magnético no centro do loop? A segunda equação fornece:
\\ begin {alinhado} B &\u003d \\ frac {μ_0 I} {2R} \\\\ &\u003d \\ frac {4π × 10 ^ {- 7} \\ text {H /m} × 10 \\ texto {A}} {2 × 0,2 \\ texto {m}} \\\\ &\u003d 3,14 × 10 ^ {- 5} \\ texto {T} \\ end {alinhado}

Finalmente, para um solenóide com N \u003d 15 voltas em um comprimento de L \u003d 0,1 m, carregando uma corrente de 4 A, qual é a força do campo magnético no centro?

A terceira equação fornece:
\\ begin {alinhado} B &\u003d μ_0 \\ frac {N} {L} I \\\\ &\u003d 4π × 10 ^ {- 7} \\ text {H /m} × \\ frac {15 \\ text {turnos}} {0,1 \\ text {m}} × 4 \\ text {A} \\\\ &\u003d 7,54 × 10 ^ {- 4} \\ text {T} \\ end {alinhado}

Outro exemplo de cálculo de campo magnético pode funcionar de maneira um pouco diferente - por exemplo, informando o campo no centro de um solenóide e a corrente, mas solicitando a relação N /L - mas enquanto você estiver familiarizado com as equações, não terá problemas para respondê-las.