Força magnética

A força magnética é um tipo de força entre objetos ferromagneticos, que atua mesmo que não estejam em contato, tal como a força gravitacional e a força elétrica. Pode ser atrativa ourepulsiva, o que fez com que fosse confundida com a força elétrica anteriormente a 1600.[1]

Existem ímanes naturais ; na Grécia antiga, as rochas extraídas nas minas da região da Magnesia eram ímanes naturais que deram origem ao termo magnetismo. Um ímã tem sempre um polo norte e um polo sul. Aproximando dois polos opostos de dois ímanes, surge uma força atrativa entre os ímanes; e entre polos semelhantes a força é repulsiva.

Propriedades

A bússola aponta no sentido das linhas de campo magnético.

Um ímã cria um campo magnético à sua volta. O campo pode ser detectado com uma bússola, que é também um pequeno ímã. A figura ao lado mostra um ímã de forma de barra retangular; o polo norte costuma estar pintado de vermelho.

Aproximando uma bússola dos polos, consegue ver-se a direção das linhas de campo magnético; por convenção, as linhas de campo são no sentido em que aponta o polo norte da bússola; em cada ponto define-se um vetor de campo magnético, , com o sentido e direção da orientação da bússola.

As linhas de campo saem do polo norte e entram no polo sul; são semelhantes às linhas de campo elétrico de um dipolo elétrico, mas a diferença é que as linhas de campo magnético não terminam no polo sul, nem começam no polo norte, mas são linhas fechadas que passam pelos dois polos.

Linhas de campo de um íman retangular.

Se partirmos um ímã em vários pedaços menores, em cada pedaço aparecem um polo norte e um polo sul. É impossível obter um polo norte ou um polo sul isolado. Essa é a maior diferença em relação ao campo elétrico, onde podem existir cargas positivas ou negativas isoladas.

A inexistência de mono-polos magnéticos implica que não podem existir pontos para onde muitas linhas de campo convergem, nem pontos de onde muitas linhas de campo divergem.[1]

Em relação à matriz jacobiana do campo magnético num ponto do espaço:

um valor próprio real, diferente de zero, implica infinitas linhas de campo a sair ou entrar no ponto, excepto no caso em que exista outro valor próprio com o mesmo valor absoluto e sinal oposto (nesse caso existem apenas duas linhas que entram no ponto e duas que saem).

Consequentemente, a soma de todos os valores próprios deverá ser nula; lembrando que a soma dos valores próprios de uma matriz é igual ao seu traço, vem:

essa soma é designada de divergência do campo. A condição de que a divergência do campo seja nula equivale a dizer que não podem existir nem focos nem nós porque nesse caso a soma dos valores próprios não seria nula. Os pontos de equilíbrio do campo magnético podem ser apenas centros ou pontos de sela.[1]

Íman de forma de ferradura. O polo norte está pintado de vermelho, e o polo sul de verde.

Por exemplo, num íman retangular como o da figura anterior as linhas de campo abrem-se fora de cada polo, curvando-se para passar pelo outro polo; isso implica que o campo decresce rapidamente perto dos polos. Uma forma de conseguir que as linhas de campo não se abram tanto, para obter um campo mais forte, consiste em dobrar a barra de forma de ferradura, para que os dois polos fiquem mais perto um do outro (ver figura ao lado)

A própria Terra é também um íman natural e, por isso, a bússola aponta na direção do Polo Norte geográfico. As linhas do campo magnético terrestre têm o sentido do polo sul geográfico para o Polo Norte geográfico. Assim, o Polo Norte geográfico é, de facto, o polo Sul magnético da Terra, e o Polo Sul geográfico é o polo norte magnético.[1]

Os materiais que podem ser magnetizados, formando um íman, são chamados ferromagnéticos; a maior parte das substâncias são diamagnéticas, nomeadamente, não podem ser magnetizadas e não interagem com o campo magnético de forma apreciável, exceto num campo magnético muito forte, onde sentem uma força repulsiva. Finalmente, existem também substâncias paramagnéticas que são atraídas ligeiramente pelos ímanes (os materiais ferromagnéticos são atraídos com maior força).[1]