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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Tópicos deste artigo
- 1 - Resumo sobre eletromagnetismo
- 2 - O que é eletromagnetismo?
- 3 - Principais fenômenos e conceitos do eletromagnetismo
- 4 - Quais são as fórmulas do eletromagnetismo?
- → Fórmula da carga elétrica
- → Fórmula da força elétrica
- → Fórmula do campo elétrico
- → Fórmula da lei de Gauss
- → Fórmula do potencial elétrico
- → Fórmula da diferença de potencial elétrico ou tensão elétrica
- → Fórmula da capacitância
- → Fórmula da corrente elétrica
- → Fórmula da potência elétrica
- → Fórmula da 1ª lei de Ohm
- → Fórmula da 2ª lei de Ohm
- → Fórmula do campo magnético em uma espira circular
- → Fórmula do campo magnético em uma bobina chata
- → Fórmula do campo magnético em um condutor reto
- → Fórmula do campo magnético no interior de um solenoide
- → Fórmula da força magnética sobre partículas carregadas
- → Fórmula da força magnética sobre condutores retilíneos
- → Fórmula da força magnética sobre dois condutores retilíneos
- → Fórmula do fluxo magnético
- → Fórmula da lei de Faraday-Lenz
- → Equações de Maxwell
- 5 - Aplicações e importância do eletromagnetismo
- 6 - Origem do eletromagnetismo
- 7 - Mapa mental: Eletromagnetismo
- 8 - Exercícios resolvidos sobre eletromagnetismo
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
\(Q=n\cdot e\)
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 \( \pm1,6\cdot{10}^{-19}C\), (positivo para prótons e negativo para elétrons).
→ Fórmula da força elétrica
\(F=k\cdot\frac{\left|Q_1\right|\cdot\left|Q_2\right|}{d^2}\)
F é a força de interação entre as partículas eletricamente carregadas, medida em Newton [N].
\(\left|Q_1\right| e \left|Q_2\right|\) são os módulos das cargas das partículas, medidos em Coulomb [C].
d é a distância entre as cargas, medida em metros [m].
k é a constante eletrostática do meio, medida em \({{\left(N\cdot m\right)^2}/{C}}^2\).
→ Fórmula do campo elétrico
\(E=k\frac{\left|Q\right|}{d^2}\)
E é o campo elétrico, medido em Newton [N].
\(\left|Q\right|\) é o módulo da carga da partícula geradora do campo, medido em Coulomb [C].
d é a distância entre as cargas, medida em metros [m].
k é a constante eletrostática do meio, medida em \({{\left(N\cdot m\right)^2}{C}}/^2\).
→ Fórmula da lei de Gauss
\(\mathrm{\Phi}=\frac{q_{env}}{\varepsilon_o}\)
Φ é o fluxo total de um campo elétrico sobre uma superfície gaussiana, medido em [\({N\cdot m^2}/{C}\)].
qenv é a carga elétrica envolvida pela superfície, medida em Coulomb [C].
εo é a constante de permissividade do vácuo, que vale \(8,85418782\cdot{10}^{-12}{C^2}/{N\cdot m^2}\).
→ Fórmula do potencial elétrico
\(V_A=\frac{W_{AB}}{q}\)
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
\(U=V_B-V_A\)
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
\(C=\frac{Q}{V}\)
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
\(U=R\cdot i\)
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
\(P=R\cdot i^2=\frac{U^2}{R}=i\cdot∆U\)
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
\(R=\frac{U}{i}\)
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
\(\rho=\frac{R\cdot A}{L}\)
ρ é a resistividade do material, medida em \(\left[\mathrm{\Omega}\cdot m\right]\).
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
\(B=\frac{\mu_o\cdot i}{2\cdot R}\)
B é o campo magnético, medido em Tesla [T].
μo é a constante de permeabilidade magnética do vácuo, seu valor é \( 4\pi\cdot{10}^{-7}T\cdot{m}/{A}\).
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
\(B=N\cdot\frac{\mu_o\cdot i}{2\cdot R}\)
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 \(4\pi\cdot{10}^{-7}T\cdot{m}/{A}\).
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
\(B=N\cdot\frac{\mu_o\cdot i}{l}\)
B é o campo magnético, medido em Tesla [T].
μo é a constante de permeabilidade magnética do vácuo, seu valor é \(4\pi\cdot{10}^{-7}T\cdot{m}/{A}\).
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
\(B=N\cdot\frac{\mu_o\cdot i}{l}\)
B é o campo magnético, medido em Tesla [T].
μo é a constante de permeabilidade magnética do vácuo, seu valor é \(4\pi\cdot{10}^{-7}T\cdot{m}/{A}\).
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
\(F=\left|q\right|\cdot v\cdot B\cdot sin\theta\)
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
\(F=B\cdot i\cdot l\cdot sin\theta\)
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
\(F=\mu_o\cdot\frac{i_1\cdot i_2\cdot l}{2\cdot\pi\cdot d}\)
F é a força magnética, medida em Newton [N].
μo é a constante de permeabilidade magnética do vácuo, seu valor é \(4\pi\cdot{10}^{-7}T\cdot{m}/{A}\).
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
\(\phi=B\cdot A\cdot cos\theta\)
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
\(\varepsilon=\frac{-\mathrm{\Delta\phi}}{\mathrm{\Delta t}}\)
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:
\(\oint{\vec{E}\cdot d\vec{A}}=\frac{q_{env}}{\varepsilon_o}\)
- Lei de Gauss para o magnetismo:
\(\oint{\vec{B}\cdot d\vec{A}}=0\)
- Lei de Faraday:
\(\oint{\vec{E}\cdot d\vec{S}}=\frac{-d\mathrm{\Phi}_B}{dt}\)
- Lei de Ampere-Maxwell:
\(\oint{\vec{B}\cdot d\vec{S}}=\mu_o\cdot\varepsilon_o\cdot\frac{d\mathrm{\Phi}_E}{dt}+\mu_o\cdot i_{env}\)
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 \((k_o=9\cdot{10}^9N{m^2}/{C^2}) \) e distantes 1 m um do outro. A intensidade da força de interação eletrostática entre eles é \(3,6\cdot{10}^{-2}\). A carga elétrica de cada um desses corpúsculos pode ser (em μC):
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:
\(F=k_o\cdot\frac{\left|Q_1\right|\cdot\left|Q_2\right|}{d^2}\)
\(3,6\cdot{10}^{-2}=9\cdot{10}^9\cdot\frac{Q^2}{\left(1\right)^2}\)
\(3,6\cdot{10}^{-2}=9\cdot{10}^9\cdot Q^2\)
\(Q^2=\frac{3,6\cdot{10}^{-2}}{9\cdot{10}^9}\)
\(Q^2=0,4\cdot{10}^{-2-9}\)
\(Q^2=0,4\cdot{10}^{-11}\)
\(Q^2=4\cdot{10}^{-12}\)
\(Q=\sqrt{4\cdot{10}^{-12}}\)
\(Q=2\cdot{10}^{-6}\)
\(Q=2\mu C\)
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.
