Grupo de Ensino de Fsica da Universidade Federal de Santa Maria

Introduo

A histria do magnetismo comeou, aparentemente, com um mineral chamado

magnetita (Fe3O4), talvez a primeira substncia com propriedades magnticas conhecida pelo homem. Sua histria anterior obscura, mas sua capacidade de atrair ferro j era conhecida vrios sculos antes de Cristo. A magnetita est amplamente distribuda. No mundo antigo, os depsitos mais abundantes ocorriam na regio chamada Magnsia, localizada no que hoje a Turquia, e a palavra magneto derivada de uma similar grega, que se diz ter vindo do nome dessa regio.

No sculo III a. C., adivinhadores chineses da sorte operavam com duas placas, uma sobre a outra. A placa superior representava o cu e girava num piv colocado sobre a placa inferior, que simbolizava a Terra. Alm disso, na placa superior estava representada a constelao da Ursa Maior, que, para um observador fixo na Terra, gira, no cu, ao redor do eixo Norte-Sul. O adivinho atirava contra as placas algumas peas de magnetita, que simbolizavam vrios objetos, e de suas posies o futuro era deduzido. Uma das peas simbolizava a constelao da Ursa Maior e tinha a forma de uma colher. Com o tempo, colheres rotativas substituram toda a placa superior e como essas colheres sempre se orientavam na direo Norte-Sul, os adivinhos se convenceram de que eram verdadeiramente objetos mgicos. Essa , na verdade, a essncia da bssola magntica, que se tornou um objeto familiar j no sculo I d. C. No sculo VI, os chineses descobriram que pequenas agulhas de ferro podiam ser magnetizadas caso fossem esfregadas com um pedao de magnetita. Como a utilizao da agulha magntica trouxe maior preciso na observao das direes magnticas, os chineses tambm descobriram que o Norte e o Sul magnticos no coincidiam com o Norte e o Sul geogrficos, descoberta que s foi feita no Ocidente aps mais de setecentos anos. Ainda mais tarde os chineses perceberam que era possvel magnetizar o ferro aquecendo-o ao rubro e deixando-o esfriar estendido na direo Sul-Norte. No sculo XII, a bssola magntica era comum nos navios chineses. No Ocidente, o seu uso se iniciou pelo menos cem anos depois.

O primeiro a escrever sobre o magnetismo no Ocidente foi Peter Peregrinus, que exercia, ao que parece, as funes de engenheiro militar no exrcito do rei da Siclia, no sculo XIII. Peregrinus escreveu um tratado datado de 1269 onde, alm de descrever a magnetita e suas propriedades, definia a propriedade do im de apontar sempre para o Norte, mencionava pela primeira vez o termo plo magntico e explicava como um im, quando partido em dois, se transformava em dois ims. O tratado de Peregrinus continha, ainda, uma tentativa de aplicar a fora magntica para gerar um movimento perptuo e uma meno da declinao magntica, isto , do fato de o im apontar para o norte magntico e no para o Norte geogrfico.

O segundo a escrever sobre esse assunto no Ocidente foi o fabricante de instrumentos ingls Robert Norman, cujo livro apareceu em 1581 contendo um pequeno discurso sobre ims e uma descrio da inclinao magntica, isto , da inclinao da agulha magntica em relao horizontal, que difere de um lugar para outro. Mas o trabalho mais significativo desse tempo e o mais completo desde a poca de Peter Peregrinus foi o livro De Magnete, publicado em Londres, em 1600, por William Gilbert, que exercia, na poca, a funo de mdico da rainha Elizabeth I da Inglaterra. O livro discutia a bssola magntica, o comportamento do im propriamente dito, com suas propriedades de atrao e repulso, a distino entre a ao magntica e a ao (eltrica) do mbar e o envolvimento de cada im por uma rbita invisvel de virtude, que afetava qualquer pedao de ferro que fosse colocado em sua vizinhana. O livro discutia, tambm, como um im de forma esfrica poderia desempenhar o papel da Terra e com o auxlio de pequenos ims, demonstrava o comportamento daquilo que hoje chamamos de campo magntico terrestre, explicando a propriedade

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da agulha da bssola de sempre apontar para o Norte ou para o Sul, a declinao magntica e a inclinao magntica.

Por mais de um sculo e meio depois de Gilbert, nenhuma descoberta de importncia fundamental foi realizada, embora houvessem muitos melhoramentos prticos na construo de magnetos. Assim, no sculo XVIII construram-se muitos magnetos compostos de ferro, formados de muitas lminas de ferro magnetizadas presas juntas, que levantavam corpos de ferro com pesos de at 28 vezes seus prprios pesos. Isso mais notvel quando observamos que existia um nico modo de fazer magnetos naquela poca: o ferro ou o ao tinham que ser esfregados com um im ou com outro magneto que por sua vez tinha que ter sido esfregado com im.

No sculo XIX, o professor dinamarqus Hans Christian Oersted conseguiu provar experimentalmente (em 1820) que quando uma corrente eltrica passava ao longo de um fio aparecia um campo magntico. Andr-Marie Ampre, na Frana, entre 1821 e 1825, esclareceu o efeito de um fio condutor percorrido por uma corrente eltrica sobre um im e o efeito oposto, de um im sobre um fio condutor percorrido por uma corrente eltrica e, alm disso, para explicar as propriedades magnticas dos ims permanentes, postulou a existncia de molculas magnticas nas quais uma corrente circulava permanentemente.

A pesquisa em materiais com propriedades magnticas comeou, pode-se dizer, com a inveno do eletromagneto, em 1825, uma vez que com ele se tornou possvel obter campos magnticos muito mais intensos do que aqueles produzidos por ims ou magnetos feitos com ims. Nos anos seguintes, Michael Faraday, na Inglaterra, iniciou suas pesquisas argumentando que se um fio condutor percorrido por uma corrente eltrica produzia efeitos magnticos, como Ampre tinha demonstrado, o inverso poderia ser verdadeiro, isto , um efeito magntico poderia produzir uma corrente eltrica num fio condutor. Para testar essa hiptese, Faraday enrolou duas espiras de fio num anel de ferro, uma ligada a uma bateria e a outra, ligada a um medidor de corrente eltrica, verificando a existncia, na segunda espira, de uma corrente temporria quando ligava e desligava a bateria. Noutra experincia, Faraday usou uma espira enrolada em uma haste de ferro e dois ims em forma de barra para demonstrar que os ims, por si ss, podiam produzir uma corrente.

A partir de experincias como essas desenvolvidas por Faraday, comearam a ser desenvolvidos os motores eltricos e os geradores e, a partir da, os bondes e os trens eltricos, a gerao de eletricidade para uso pblico, o telgrafo eltrico e o telefone fixo.

Para explicar como a eletricidade e o magnetismo podiam afetar um ao outro no espao vazio, Faraday props, pela primeira vez na Fsica, a idia de um campo, imaginando linhas de fora magntica tanto mais prximas umas das outras quanto mais intenso era esse campo e supondo que essas linhas tendiam a se encurtar sempre que possvel e a se repelir mutuamente. Mais tarde, em 1837, Faraday introduziu tambm a idia de um campo eltrico com as correspondentes linhas de fora eltrica.

Uma anlise matemtica completa dos fenmenos eltricos e magnticos, unificando-os sob um mesmo arcabouo matemtico, apareceu em 1873, quando o escocs James Clerk Maxwell publicou seu Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo. As leis do Eletromagnetismo, expressas pelas equaes de Maxwell, desempenham, aqui, o mesmo papel que as trs leis do movimento e a lei da gravitao universal, de Newton, desempenham na Mecnica. Assim, para aqueles que trabalhavam em Fsica no incio do sculo XX, parecia que as leis bsicas que descreviam os fenmenos

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onde tomavam parte campos eltricos e magnticos estavam estabelecidas de uma vez para sempre, faltando, quando muito, encontrar as solues das equaes para este ou aquele caso ou melhorar a preciso das solues j encontradas para outros casos. Mas, a partir desse incio de sculo, a teoria que descrevia os fenmenos eletromagnticos teve um desenvolvimento substancial, do mesmo modo que a Mecnica, pela adio das idias qunticas, e aqueles que trabalham em Fsica passaram a ser mais cautelosos quanto a seus juzos sobre o carter consumado de uma ou outra rea de conhecimento. Toda cincia cujo desenvolvimento se acha bastante avanado deve formular no apenas os princpios bsicos sobre os quais se estabelece, mas tambm, os limites de validade desses mesmos princpios. O Eletromagnetismo e a Mecnica Quntica formam a base do entendimento da estrutura e das propriedades das substncias que nos rodeiam e dos fenmenos em que tomam parte, desde que no se chegue ao interior dos tomos. Ento, no se precisa modificar as leis do Eletromagnetismo, como descritas pelas equaes de Maxwell. O conceito fundamental do Eletromagnetismo o de campo eletromagntico. O campo eletromagntico independente do tempo se separa em dois, muito diferentes, o campo eltrico e o campo magntico. Na verdade, um campo eletromagntico dependente do tempo no seno a unidade dos campos eltrico e magntico. Em uma onda eletromagntica, por exemplo, a variao no tempo do campo eltrico origina um campo magntico, e a variao no tempo do campo magntico, por sua vez, origina um campo eltrico, e assim, sucessivamente. Desse modo, analogamente ao que acontece no caso de um pndulo, em que a energia cintica aumenta enquanto que a energia potencial diminui, e vice-versa, enquanto as oscilaes se sucedem, na radiao eletromagntica, a energia passa do campo eltrico para o campo magntico e deste para aquele, enquanto a onda se propaga no espao. O campo eletromagntico pode ser percebido pelo homem somente no caso em que os campos eltricos e magnticos oscilam com freqncias muito altas, entre 4 x 1014 Hz e 7,5 x 1014 Hz, quando, ento, so percebidos atravs dos olhos como luz. Os campos estticos, tanto o eltrico quanto o magntico, no podem ser percebidos pelo homem. Algumas espcies animais percebem esses campos como, por exemplo, as aves migratrias, que traam suas rotas a partir do campo magntico terrestre.