E disse Deus: Haja luz; e houve luz.

Gênesis 1:3

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A coluna de hoje perpassará por uma temática extremamente interessante e fundamental para, literalmente, todos os fenômenos que utilizamos no nosso dia a dia: eletromagnetismo. Para se ter ideia do que esse campo da física representa: ele é a base para todo o desenvolvimento científico, tecnológico, computacional e medicinal. Ou seja, é a área que está por trás da vida humana, desde o simples fato de olhar (com os olhos mesmo) até a nossa vida de forma saudável. E algo que amarra a nossa vida espiritual é que Moisés, o escritor de Gênesis, coloca a luz como a primeira criação de Deus: tecnicamente falando, a luz não é bem um objeto criado, mas algo intrínseco a natureza (isso é sutilmente diferente). E, como veremos nessa minissérie, o fato do Criador escrever as leis físicas já introduz, automaticamente, a luz como fenômeno físico em funcionamento no início de tudo.

O que proponho a fazer nessa minissérie é algo bastante simples: apresentar o que é o eletromagnetismo, um pouco de contexto histórico de sua formulação (no séc. XIX), as leis (4 leis ou também conhecidas como leis de Maxwell), algumas aplicações (spoiler: em tudo) e a sua finalização, ainda no crepúsculo do séc. XIX, como a teoria de unificação de toda a natureza. Por último, a sua conexão com a Relatividade Especial (RE): este elo vai marcar os limites da mecânica newtoniana ou clássica, abrindo portas para o que chamaremos de física moderna (que envolve, além da relatividade, a mecânica quântica). Tudo isso que falarei você pode encontrar facilmente em qualquer livro de física do 3º ano do ensino médio, novo ou mais antigo; é claro que deixarei uma lista de livros e artigos como sugestão de leitura para aprofundamento.

DEFINIÇÃO

Começando com o termo, eletromagnetismo vem de duas palavras: eletricidade e magnetismo. Eletricidade vem do grego que, traduzido, significa âmbar. Âmbar é uma resina que, friccionada, poderia ser eletricamente carregada. Uma forma bem simples de fazer algo semelhante: pegue um pente de cabelo, passe-o em sua cabeça (seca) e chegue perto de pedaços pequenos de papel. Veja que os papéis serão atraídos.

Um fluxo de cargas elétricas formará a eletricidade. A forma mais conhecida na natureza de eletricidade é o relâmpago: um fluxo elétrico onde cargas elétricas se movimentam de um local a outro (entre nuvens ou entre nuvens e chão).

Algumas expressões utilizadas em eletricidade:

• Carga elétrica: é uma propriedade da matéria. Toda propriedade intrínseca começa com esse termo carga: carga elétrica, carga massa (massa ou comumente chamado de peso na balança), carga cor (propriedade de partículas quarks) e carga sabor (outro tipo de propriedade dos quarks, mas não tem relação com cores que conhecemos);
• Campo elétrico: efeito produzido, no espaço, pela carga elétrica;
• Corrente elétrica: é a quantidade de cargas elétricas que passam por uma determinada região do espaço em um determinado período;
• Potencial elétrico: é a capacidade da carga elétrica de realizar algum tipo de trabalho (“fazer” força em uma determinada região);
• Potência elétrica: é a quantidade de energia elétrica transformada em um determinado período. O clássico exemplo é a potência elétrica de um chuveiro (como 4.200 W).

Se não lembra ou não pegou todas essas definições, não há problema; não farei cálculos com eles. Apenas tente entender os conceitos, que poderei utilizar em outros contextos.

A outra parte da expressão eletromagnetismo vem de um fenômeno semelhante: magnetismo. Essa palavra advém de um minério, magnetita, que tem propriedades naturais de magnetismo. Um imã é o clássico exemplo de um objeto com magnetismo natural. Assim como na eletricidade, temos os mesmos termos (potencial, campo etc) aplicado ao magnetismo.

As cargas elétricas, convencionalmente, são positivas e negativas. Podem viver isoladamente, em partículas ou conjuntos. Já o magnetismo é convencionado a ser polo norte e polo sul (não tem relação alguma com os polos geográficos). Diferente das cargas positivas ou negativas, o magnetismo nunca se encontra isolado: sempre teremos polos norte e sul.

HISTÓRIA

Eletricidade e magnetismo são fenômenos conhecidos pela humanidade há milênios. Um relâmpago em uma tempestade, âmbar ou objetos friccionados atraindo outros já faz parte da vida social desde que o homem se juntou em grupo. Dando um salto na história, apenas no séc. XIX é que esses dois fenômenos começaram a ser reparados como tendo uma natureza em comum.

Hans Christian Oersted, no início do séc. XIX, observou que uma agulha de uma bússola se movia, alinhando-se, quando estava em cima de um fio que estava conectado a uma bateria. Em seus trabalhos, depois de intensa observação ao longo de muito tempo, ele fez uma conexão que hoje, de forma resumida, é: a variação de um campo elétrico (uma passagem de uma corrente elétrica em um fio, por exemplo) provoca ou induz um campo magnético.

André-Marie Ampère, Joseph Henry e Michael Faraday são grandes físicos do séc. XIX que, partindo dos experimentos de Oersted, demonstrou o que modernamente podemos enunciar: a variação de um campo magnético (como um imã dentro de uma bobina de fios) provoca ou induz um campo elétrico. Trabalhando de forma independente e por diversos caminhos, esses mestres da física desenvolveram a matemática, as leis e a comprovação experimental da relação entre eletricidade e magnetismo. É claro que há diversos outros experimentais e teóricos da eletricidade e do magnetismo. Citarei outros quando especificar algumas leis do eletromagnetismo.

CONCLUSÃO

Hoje quero ficar apenas nesse pequeníssimo histórico e nessas poucas definições. Nas próximas colunas dessa minissérie explorarei algumas leis, alguns fenômenos clássicos e, principalmente, aquilo que chamamos de leis de Maxwell.

Esse assunto será fundamental para entendermos o geomagnetismo (que já trabalhei em outra coluna) e para compreendermos outros assuntos, como nascimento do universo (a força eletromagnética é essencial no início de tudo) e uma provável nova física (ainda trarei esse assunto para o CosmoTeo).

Para finalizar, caso você não conheça Maxwell fora dos livros de física do ensino médio, uma frase desse físico e cientista do séc. XIX:

quando examinamos as verdades da ciência e descobrimos que podemos não somente dizer ” é assim”, mas “deve ser assim, pois, do contrário, não seria coerente com os primeiros princípios da verdade”[…], devemos pensar que grande coisa estamos dizendo, quando pronunciamos uma sentença sobre da criação e dizemos que são verdadeiras ou corretas, quando julgamos pelos princípios da razão. Não é maravilhoso que a razão do homem tenha sido feita juíza das obras de Deus e meça, pondere e calcule, dizendo, enfim: “Entendo o que descobri – é correto e verdadeiro.

A penúltima curiosidade: como a ciência navega nas questões últimas da existência: Roger Wagner, Andrew Briggs, p. 371

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Ficou em dúvida, quer perguntar algo ou fazer alguma crítica / sugestão? Deixe nos comentários abaixo e terei o prazer em te responder aqui ou em algum artigo específico.

Sugestão de leitura

• O melhor material, em português, no assunto entre ciência e fé cristã é o Dicionário de cristianismo e ciência, editora Thomas Nelson Brasil em parceria com a Associação Brasileira de Cristãos na Ciência;
• A penúltima curiosidade: como a ciência navega nas questões últimas da existência, por Roger Wagner, Andrew Briggs, editora Ultimato em parceria com a Associação Brasileira de Cristãos na Ciência;
• Em qualquer livro do ensino médio, 3º ano, você encontrará sobre eletromagnetismo. Caso você não tenha qualquer livro em casa (mesmo o que os livros antigos; física não se desatualiza) recomendo o site https://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/cargas.php. Nessa página, especificamente, começa o assunto sobre eletromagnetismo e indo no botão Próxima poderá navegar nos outros conteúdos relacionados.

Até a próxima!