Magnetismo terrestre

O magnetismo terrestre é a presença de um campo magnético na Terra que se assemelha a um grande íman. O campo magnético terrestre é produzido pela formação da espiral onde encontramos a lei de Ampere que posteriormente origina um campo elétrico, lei de Faraday. Em 1600, o médico William Gilbert, ao realizar um estudo sobre o magnetismo, descobriu que a origem do magnetismo se encontrava no próprio planeta Terra, na esfera terrestre, que tem um comportamento muito semelhante ao de um íman, dando origem à teoria do magnetismo terrestre.

A semelhança entre o magnetismo terrestre e o íman foi descoberta devido às bússolas primitivas. Este é o motivo pelo qual os polos são denominados de polo norte e polo sul. A distribuição dos polos não é fixa, porque o eixo está em movimento. Isto provoca uma alteração da massa terrestre e, consequentemente, variações na localização dos polos. Para além do polo magnético, também temos o polo geográfico que, ao contrário do primeiro, este é fixo. A diferença angular entre estes tipos de polos denomina-se de declinação.

Função do magnetismo terrestre

A presença de um campo magnético terrestre dá-nos proteção que precisamos quando estamos expostos a radiações externas à terra. Este campo magnético atua como barreira que filtra e retém as partículas carregadas. Esta zona da atmosfera recebe o nome de cinturões de Van Allen.

Quando as partículas entram em contacto com o campo magnético da terra ocorrem vários fenómenos naturais, como as auroras boreais.

Como se mantém o campo magnético terrestre?

A camada que se encontra sobre o denso núcleo interno, composta por ferro líquido, gira e agita-se, provocando uma corrente elétrica que dá lugar ao geodínamo, que é o que mantém o campo magnético.

Características do campo magnético terrestre

Para o campo magnético terrestre funcionar corretamente, precisamos das seguintes propriedades:

• Inclinação = o campo magnético tem uma tendência para inclinar-se para o polo norte magnético, o qual vai girando até alcançar a inclinação do equador magnético.

• Intensidade = a intensidade que se encontra nos polos vai desde 0.25 até 0.65 Gauss.

• Bipolar = o campo magnético tem dois polos: o polo magnético e o polo geográfico, cada um deles com o respetivo polo norte e o polo sul.

Lei de Ampere

A lei de Ampere é uma lei que forma parte das 4 equações de Maxwell, substituindo a lei de Biot Savart. Esta lei permite-nos calcular o campo magnético através da corrente elétrica. Esta lei, descoberta em 1826 por André Marie Ampere, relaciona a intensidade de corrente elétrica com o campo magnético que produz.

Ao contrário dos campos magnéticos, as linhas de campos magnéticos não são conservativas, isto é, a circulação numa linha fechada não é nula. Se o sentido em que as intensidades circulam tiver a mesma direção que o sentido do vetor superfície, esta será positiva. Caso contrário, será considerada negativa se a direção for oposta.

Fórmula para conhecer o campo magnético

A lei de Ampere permite-nos conhecer o campo magnético produzido pela corrente.

Por um lado, a primeira integral - a parte esquerda da fórmula - representa a circulação que se encontra nas linhas de campo na sua trajetória fechada. Para além disso, o dl refere-se ao vetor tangente do percurso selecionado em cada ponto. Pelo outro lado, a parte direita da fórmula refere-se à:

• μ0 = permeabilidade que se encontra no vazio
• IT = intensidade de corrente líquida

Mais tarde, Maxwell corrigiu a lei de Ampere quando se apercebeu que os campos magnéticos, tal como as correntes elétricas, variavam com o tempo. Por este motivo, a fórmula foi atualizada da seguinte forma:

J= corrente de carga

dS = vetor perpendicular à superfície em cada ponto

Aplicações destinadas à lei de Ampere

A lei de Ampere permite-nos conhecer o campo magnético de:

• Um fio condutor

• Um cabo cilíndrico de rádio

• Um solenoide

Esta lei pode ser aplicada a eletroímanes, geradores, transformadores e motores.

Aplicações para um solenoide

A lei descoberta por André Marie Ampere pode ser aplicada a um solenoide para determinar o campo magnético que se encontra no seu interior. Este campo magnético é proporcional à corrente aplicada e ao número de voltas pela sua longitude. O eletroíman é uma aplicação na que é evidente esta lei, já que o campo magnético é igual à soma dos campos magnéticos dessa espiral, a qual pode ser calculada com a lei de Ampere.

Não só pode ser aplicada aos solenoides, como também aos toroides.

A força magnética dos ímanes

A força magnética de um íman refere-se ao efeito residual da força magnética entre as cargas que se encontram em movimento.

A unidade do sistema internacional que se refere à força magnética num campo magnético é o tesla (T). No entanto, a força de um campo magnético num íman é medida em gauss, já que a unidade é menor.

Quando falamos da força dos ímanes, referimo-nos ao magnetismo. O magnetismo é produzido através do movimento da cargas de eletrões. Estes eletrões podem produzir magnetismo de duas formas diferentes.

• Por transição, o qual faz um movimento orbital que circula à volta do núcleo.

• Por rotação, o eletrão gira sobre o seu próprio eixo.

A força magnética dos ímanes, no caso de que a velocidade seja perpendicular ao campo magnético, é obtida mediante a seguinte fórmula.

Força = carga · velocidade · campo B

Direção da força magnética e a regra da mão direita

Para conhecer a direção de um campo magnético de um íman, devemos conhecer o sentidos das linhas da força magnética. Existem duas versões da regra da mão direita:

1. A primeira versão da mão direita

A lei da mão direita é utilizada para conhecer os dois tipos de sentido: o sentido linear e o sentido rotacional. Esta regra consiste em colocar os três primeiros dedos na seguinte posição:

• O dedo indicador indica a direção do primeiro vetor do produto vetorial. Este é representado com o símbolo vetor de u. Por rotação, o eletrão gira sobre o seu próprio eixo. eje.

• O dedo do meio faz referência ao segundo vetor situado no vetor v. Por rotação, o eletrão gira sobre o seu próprio eixo. Por rotação, o eletrão gira sobre o seu próprio eixo.

• O dedo polegar define a direção e o sentido deste produto vetorial. Por rotação, o eletrão desloca-se sobre o seu próprio eixo.

2. A segunda versão da mão direita

• • Coloca a tua mão direita de forma a que os dedos estejam na mesma direção que o primeiro vetor do vetor de u. Por rotação, o eletrão gira sobre o seu próprio eixo. Por rotação, o eletrão gira sobre o seu próprio eixo.

• Ao fechar a mão, os dedos dir-nos-ão a direção do segundo vetor do produto vetorial de u. Quando a mão está fechada, obtemos o ângulo ou a distância entre os vetores, que é menor. Por rotação, o eletrão gira sobre o seu próprio eixo.

• Por último, o dedo polegar diz-nos o sentido e a direção do produto vetorial.

O que é a energia magnética?

A energia magnética foi descoberta quando James Clerk Maxwell estava a investigar o magnetismo e a eletricidade. O objetivo dessa investigação era demonstrar que não havia nenhum tipo de relação entre estes dois fenómenos. Com o desenrolar deste estudo, descobriu que a corrente estava conectada com o magnetismo (em concreto com os campos). Este descobrimento deu origem à energia eletromagnética.

A força magnética manifesta-se sob forma de campos magnéticos. A força magnética é a capacidade que esta tem para realizar um trabalho mecânico. A energia magnética é o movimento da carga dos eletrões que se encontram nas diferentes partículas. O movimento que cria a corrente é o que provoca que o eletrão se comporte como um íman de pequenas dimensões.

A terra também possui um campo magnético que cria uma energia magnética terrestre. Esta energia tem um polo norte e um polo sul que, devido à interação deles com a atmosfera terreste, produzem-se fenómenos naturais como as auroras boreais.

Como se calcula o campo magnético?

A energia magnética, também conhecida como magnetismo, é a força sobra que provoca o movimento de uma carga. Pelo que:

F = força magnética

qv= carga elétrica do vetor de velocidade de carga

B = vetor do campo magnético

Onde podemos encontrar a energia magnética?

O magnetismo é o fenómeno que descreve a força de atração de elementos magnéticos (ímanes). O magnetismo pode ser encontrado em:

- bússolas

- Transformadores elétricos

- Discos duros

- Tomógrafos magnéticos

- Comboios maglev

- Auroras boreais

A relação entre a energia elétrica e a magnética

A relação entre a eletricidade e o magnetismo reside na força eletromagnética (eletromagnetismo). O eletromagnetismo foi dado a conhecer por Michael Faraday em 1821. Além disso, esta força eletromagnética é ramo da Física que estuda a relação de partículas carregadas e os campos elétricos e magnéticos.

O eletromagnetismo pode ser encontrado nas seguintes aplicações:

- Microfones

- Geradores

- Motores elétricos

O movimento de eletrões (cargas elétricas) é o responsável pela criação um campo magnético que posteriormente produz os ímanes.

Dentro da energia magnética encontramos distintos tipos de geradores especializados na produção de energia elétrica renovável. A energia renovável mais comum, que é obtida através da ímanes, é a energia eólica, pois esta emprega geradores de ímanes permanentes.