O campo magnético B é definido em termos da força magnética Fn, que age sobre uma partícula de prova de carga q, que está se movendo com velocidade v na presença do campo. Isto é, o campo magnético é uma
região do espaço em que as cargas elétricas em movimento são sujeitas à ação de uma força magnética, capaz de alterar as suas trajetórias.
O mistério de uma força atuando à distância é uma grande surpresa quando observado pela primeira vez. Inicialmente, o magnetismo foi considerado uma das forças da natureza, manifestada no ferro e em outras substâncias mais raras que eram chamadas de substâncias ferromáticas.
Experimentos realizados por Christian Oersted (1777-1951) contribuíram para o conhecimento da natureza do magnetismo e provaram a relação entre magnetismo e eletricidade. Abriu-se, então, o caminho para o estudo do eletromagnetismo, que propiciou o desenvolvimento de, por exemplo, geradores de eletricidade e motores elétricos.
Campo magnético
Hans Cristian Oersted verificou que toda corrente elétrica gera ao redor de si um campo magnético. Para produzir um campo magnético, podemos usar partículas eletricamente carregadas em movimento (como os elétrons responsáveis pela corrente elétrica em um fio) para fabricar um eletroímã.
Outra forma de produzir um campo magnético é usar partículas elementares, como os elétrons, que possuem um campo magnético intrínseco. Em alguns materiais os campos magnéticos dos elétrons se somam para produzir um campo magnético no espaço que cerca o material.
Se o campo elétrico é produzido por cargas elétricas, seria natural que o campo magnético B fosse produzido por cargas magnéticas. Entretanto, a existência de cargas magnéticas não foi observada até hoje.
Nós definimos o campo elétrico usando os conceitos de força elétrica e cargas elétricas. Porém, como não existem cargas magnéticas para definir o campo magnético, usaremos então a força magnética exercida sobre uma partícula de prova carregada eletricamente e em movimento para definir campo magnético.
Vamos considerar que, quando uma partícula com carga elétrica se move na presença de um campo magnético, uma força magnética Fn age sobre a partícula. Isto é, um corpo de prova, colocado em uma região onde existe um campo magnético, fica sujeito a uma força Fn de origem magnética.
O corpo de prova deve ser um pequeno objeto feito de material que apresente propriedades magnéticas.
Em princípio, vamos começar a definição de campo magnético medindo a força Fn que age sobre a partícula quando ela passa pelo ponto no qual B está sendo medido, com várias velocidades e direções.
Depois de executar vários experimentos desse tipo, constatamos que, quando a velocidade v da partícula tem uma certa direção, a força Fn é zero.
Podemos em seguida definir um campo magnético B como uma grandeza vetorial, cuja direção coincide com aquela para a qual a força Fn é zero. Depois de medir Fn para v perpendicular a B, definimos o módulo do campo magnético B em termos do módulo da força:
Sendo q a carga da partícula, v a sua velocidade, Fn a força magnética que age sobre ela e B o módulo do campo magnético.
A força Fn que age sobre uma partícula carregada, que se move com velocidade v na presença de um campo magnético B, é sempre perpendicular a v e a B.
A unidade de campo magnético B no SI é o newton por coulomb-metro por segundo. Por conveniência, essa unidade é chamada de tesla (T).
Linhas de campo magnético
Podemos representar o campo magnético pelas linhas de campo. As regras são:
- A direção da tangente a uma linha de campo magnético em qualquer ponto fornece a direção de B nesse ponto;
- O espaçamento das linhas representa o módulo de B; quanto mais intenso o campo, mais próximas estão as linhas e vice-versa.
As linhas de campo entram no ímã por uma das extremidades e saem pela outra. A extremidade pela qual as linhas saem é chamada de polo norte do ímã; a outra extremidade, pela qual as linhas entram, recebe o nome de polo sul. Como um ímã tem dois polos, dizemos que possui um dipolo magnético.
Internamente ao ímã, as linhas de campo começam no polo sul e vão até o polo norte.
Externamente ao ímã, as linhas de campo começam no polo norte e vão até o polo sul.
Desse modo, as linhas de campo magnético são fechadas.
Representamos o campo magnético em cada ponto de uma região do espaço pelo vetor campo magnético (B).
Em um campo magnético, o vetor campo magnético apresenta as seguintes características:
- Sua direção é sempre tangente a cada linha de campo em qualquer ponto do campo magnético;
- Seu sentido é o mesmo da respectiva linha de campo;
- Sua intensidade é proporcional à densidade das linhas de campo.
Campo magnético uniforme
O campo magnético é uniforme em uma determinada região quando, em todos os pontos dessa região, o vetor campo magnético tem a mesma intensidade, a mesma direção e o mesmo sentido.
Abaixo, temos a representação de um campo uniforme:
Veja alguns exemplos de imãs que apresentam campo magnético praticamente uniforme.
