Magnetismo - de Thales a Maxwell

Mil anos antes das primeiras observações dos fenômenos elétricos, a humanidade já começou a acumular conhecimento de magnetismo. E apenas quatrocentos anos atrás, quando a formação da física como ciência estava apenas começando, os pesquisadores separaram as propriedades magnéticas das substâncias de suas propriedades elétricas e somente depois começaram a estudá-las independentemente. Isso lançou o fundamento experimental e teórico, que se tornou o fundamento de e em meados do século XIXteoria dos fenômenos elétricos e magnéticos.

Parece que as propriedades incomuns do minério de ferro magnético eram conhecidas desde a Idade do Bronze na Mesopotâmia. E após o início do desenvolvimento da metalurgia do ferro, as pessoas perceberam que ela atrai produtos de ferro. O antigo filósofo e matemático grego Thales da cidade de Mileto (640-546 aC) também pensou nas razões dessa atração, ele atribuiu essa atração à animação do mineral.

Os pensadores gregos imaginaram como pares invisíveis envolvem magnetita e ferro, como esses pares atraem substâncias um para o outro. A palavra "Ímã" poderia acontecer o nome da cidade de Magnesia-u-Sipila, na Ásia Menor, perto da qual havia magnetita. Uma das lendas diz que o pastor Magnis apareceu de alguma forma com suas ovelhas ao lado da rocha, que puxou a ponta de ferro de seu cajado e as botas para ele.

No antigo tratado chinês "Registros de primavera e outono do mestre Liu" (240 aC), é mencionada a propriedade da magnetita para atrair ferro para si mesma. Depois de cem anos, os chineses observaram que a magnetita não atrai cobre ou cerâmica. Nos séculos 7-8, eles notaram que uma agulha de ferro magnetizada, suspensa livremente, se volta para a Estrela do Norte.

Assim, na segunda metade do século XI, a China começou a fabricar bússolas marítimas, que os marinheiros europeus dominavam apenas cem anos depois dos chineses. Então, os chineses já descobriram a capacidade de uma agulha magnetizada se desviar na direção leste do norte e, assim, descobriram a declinação magnética, à frente dos marinheiros europeus, que chegaram exatamente a essa conclusão apenas no século XV.

Na Europa, o primeiro a descrever as propriedades dos ímãs naturais foi o filósofo da França, Pierre de Maricourt, que em 1269 serviu no exército do rei siciliano Carlos de Anjou. Durante o cerco de uma das cidades italianas, ele enviou a Picardy um amigo que entrou na história da ciência sob o nome "Carta sobre um ímã", onde falou sobre seus experimentos com minério de ferro magnético.

Marikur observou que em qualquer pedaço de magnetita existem duas áreas que atraem o ferro especialmente fortemente. Ele notou nessa semelhança com os pólos da esfera celestial, então emprestou seus nomes para indicar as áreas de força magnética máxima. A partir daí, a tradição começou a chamar os pólos de ímãs de pólos magnéticos do sul e do norte.

Marikur escreveu que, se você quebrar qualquer pedaço de magnetita em duas partes, cada pólo terá seus próprios pólos.

Marikur conectou pela primeira vez o efeito de repulsão e atração de pólos magnéticos com a interação de pólos opostos (sul e norte) ou pólos com o mesmo nome. Marikur é justamente considerado o pioneiro da escola científica experimental européia, suas anotações sobre magnetismo foram reproduzidas em dezenas de listas e, com o advento da impressão, foram publicadas na forma de um folheto. Eles foram citados por muitos naturalistas até o século XVII.

Com dificuldade, Marikura também conhecia bem o naturalista, cientista e médico inglês William Hilbert. Em 1600, ele publicou o trabalho "Em um ímã, corpos magnéticos e um grande ímã - a Terra".Neste trabalho, Hilbert citou todas as informações conhecidas na época sobre as propriedades de materiais magnéticos naturais e ferro magnetizado, e também descreveu seus próprios experimentos com uma bola magnética, na qual reproduziu o modelo de magnetismo terrestre.

Em particular, ele estabeleceu experimentalmente que, nos dois pólos da "pequena terra", a agulha da bússola gira perpendicularmente à sua superfície, é instalada no equador em paralelo e, nas latitudes médias, é girada para uma posição intermediária. Dessa maneira, Hilbert conseguiu simular a inclinação magnética, conhecida na Europa há mais de 50 anos (em 1544, foi descrita por George Hartmann, mecânico de Nuremberg).

Hilbert também reproduziu a declinação geomagnética, que ele atribuiu não à superfície perfeitamente lisa da bola, mas em uma escala planetária ele explicou esse efeito pela atração entre os continentes. Ele descobriu quanto ferro quente perde suas propriedades magnéticas e, quando resfriado, as restaura. Finalmente, Hilbert foi o primeiro a distinguir claramente entre a atração de um ímã e a atração de âmbar esfregado com lã, que ele chamou de força elétrica. Foi um trabalho verdadeiramente inovador, apreciado por contemporâneos e descendentes. Hilbert descobriu que a Terra seria corretamente considerada um "grande ímã".

Até o início do século 19, a ciência do magnetismo avançava muito pouco. Em 1640, Benedetto Castelli, um estudante de Galileu, explicou a atração da magnetita com as muitas partículas magnéticas muito pequenas que a compõem.

Em 1778, Sebald Brugmans, natural da Holanda, percebeu como o bismuto e o antimônio repeliam os pólos de uma agulha magnética, que foi o primeiro exemplo de um fenômeno físico que Faraday chamaria mais tarde diamagnetismo.

Charles-Augustin Coulomb em 1785, através de medições precisas em uma balança de torção, provou que a força de interação dos pólos magnéticos entre si é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os pólos - tão exata quanto a força de interação das cargas elétricas.

Desde 1813, o físico dinamarquês Oersted tenta diligentemente estabelecer experimentalmente a conexão entre eletricidade e magnetismo. O pesquisador usou bússolas como indicadores, mas por um longo tempo ele não conseguiu alcançar a meta, porque esperava que a força magnética fosse paralela à corrente e colocou o fio elétrico em ângulo reto com a agulha da bússola. A flecha não reagiu à ocorrência de corrente.

Na primavera de 1820, durante uma das palestras, Oersted puxou o fio paralelo à flecha, e não está claro o que o levou a essa ideia. E então a flecha balançou. Por alguma razão, Oersted interrompeu os experimentos por vários meses, após os quais voltou a eles e percebeu que "o efeito magnético da corrente elétrica é direcionado ao longo dos círculos que cercam essa corrente".

A conclusão foi paradoxal, porque antes as forças rotativas não se manifestavam nem na mecânica nem em nenhum outro lugar da física. Oersted escreveu um artigo onde descreveu suas descobertas e nunca mais se envolveu em eletromagnetismo.

No outono do mesmo ano, o francês Andre-Marie Ampère iniciou experimentos. Antes de mais nada, depois de repetir e confirmar os resultados e conclusões de Oersted, no início de outubro, ele descobriu a atração de condutores se as correntes nelas são direcionadas da mesma maneira e repulsa se as correntes são opostas.

Ampère também estudou a interação entre condutores não paralelos e a corrente, após o que a descreveu com uma fórmula chamada mais tarde Lei de Ampere. O cientista também mostrou que os fios enrolados com corrente giram sob a influência de um campo magnético, como acontece com a agulha da bússola.

Finalmente, ele apresentou a hipótese de correntes moleculares, segundo as quais dentro dos materiais magnetizados existem correntes circulares microscópicas contínuas paralelas entre si, que causam a ação magnética dos materiais.

Ao mesmo tempo, Bio e Savard desenvolveram em conjunto uma fórmula matemática que permite calcular a intensidade do campo magnético DC.

E assim, no final de 1821, Michael Faraday, que já trabalhava em Londres, criou um dispositivo no qual um condutor de corrente girava em torno de um ímã e outro ímã girava em torno de outro condutor.

Faraday sugeriu que o ímã e o fio estejam envoltos em linhas concêntricas de força, que determinam seu efeito mecânico.

Com o tempo, Faraday se convenceu da realidade física das linhas magnéticas de força. No final da década de 1830, o cientista já estava claramente ciente de que a energia dos ímãs permanentes e dos condutores de corrente estava distribuída no espaço ao seu redor, cheio de linhas magnéticas de força. Em agosto de 1831 ao pesquisador conseguiu obter magnetismo para gerar uma corrente elétrica.

O dispositivo consistia em um anel de ferro com dois enrolamentos opostos localizados nele. O primeiro enrolamento podia ser curto em uma bateria elétrica, e o segundo era conectado a um condutor colocado acima da seta da bússola magnética. Quando uma corrente direta fluiu através do fio da primeira bobina, a flecha não mudou de posição, mas começou a balançar nos momentos de desligamento e ativação.

Faraday concluiu que nesses momentos no fio do segundo enrolamento havia impulsos elétricos associados ao desaparecimento ou ocorrência de linhas de campo magnético. Ele fez a descoberta de que a causa da força eletromotriz emergente é uma mudança no campo magnético.

Em novembro de 1857, Faraday escreveu uma carta à Escócia ao professor Maxwell com um pedido para dar uma forma matemática ao conhecimento do eletromagnetismo. Maxwell atendeu ao pedido. O conceito de campo eletromagnético encontrou um lugar em 1864 em suas memórias.

Maxwell introduziu o termo “campo” para se referir à parte do espaço que circunda e contém corpos que estão em um estado magnético ou elétrico, e enfatizou que esse próprio espaço pode estar vazio e preenchido com absolutamente qualquer tipo de matéria, mas o campo ainda terá o lugar.

Em 1873, Maxwell publicou Um tratado sobre eletricidade e magnetismo, onde introduziu um sistema de equações que combinam fenômenos eletromagnéticos. Ele lhes deu o nome das equações gerais do campo eletromagnético, e até hoje elas são chamadas de equações de Maxwell. De acordo com a teoria de Maxwell magnetismo é um tipo especial de interação entre correntes elétricas. Este é o fundamento sobre o qual são construídos todos os trabalhos teóricos e experimentais relacionados ao magnetismo.

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