Eletromagnetismo: a lei de Ampère

Onde está o caminho em que se reparte a luz, e se espalha o vento oriental sobre a terra?

Jó 38:24

O texto de hoje é uma continuação da série Eletromagnetismo com foco na conhecida lei de Ampère. Dentro do resumo feito por Maxwell (as 4 leis do eletromagnetismo de Maxwell), esta é a quarta lei. É claro que eletromagnetismo é mais do que só essas quatro leis e há milhares de outros detalhes que não estou explorando nesta série. Aqui, o meu objetivo é fazer uma síntese do eletromagnetismo e, principalmente, extrair as conexões com a teologia ou, no mínimo, com a criação divina. Mas antes, uma pequena biografia do Ampère.

André-Marie Ampère viveu entre os anos de 1775 e 1836 na França. Depois da descoberta de Oersted que uma corrente elétrica produzia um campo magnético que era detectado por uma bússola, Ampère começa sua pesquisa (experimental). O que ele descobre é algo semelhante à lei de Coulomb. A diferença é que, enquanto na lei de Coulomb trabalhamos com força e cargas elétricas, na lei de Ampère se trabalha com o campo magnético de forma geral (não existe “cargas magnéticas” de forma livre).

Além de físico e matemático, Ampère era um cristão. Traduzi, de forma livre, um pequeno texto que ele escreveu em 1843. Você pode ler no original em francês ou traduzido para o inglês na página no Observatório do Vaticano:

Podemos ver não apenas as obras do Criador, mas, por meio delas, alcançamos o conhecimento do próprio Criador. Assim como os movimentos reais das estrelas são escondidos por seus movimentos aparentes e ainda é por observação daquele que determinamos os outros: então Deus está, de alguma forma, escondido em Suas obras, e é por meio delas que O discernimos e tomamos uma dica dos Atributos divinos…

Uma das evidências mais marcantes da existência de Deus é a maravilhosa harmonia pelo qual o universo é preservado e os seres vivos são mobiliados em sua organização com tudo o necessário para vida, multiplicação e o gozo de todos os seus poderes, físicos e intelectuais.

Vou detalhar um pouco mais sobre o que é a lei de Ampère, mas antes, relembre como é determinado o campo magnético utilizando a lei de Gauss: tomamos uma região onde há um campo magnético desconhecido, medimos o fluxo magnético, medimos a área (uma espécie de encaixotamento de tudo o que é produzido magneticamente) e calculamos. Essa forma de fazer, utilizando a lei de Gauss, dependendo do fenômeno ou do objeto que temos, pode ser muito complicado. Por exemplo, imagina fazer isso com um fio que você sabe que está ligado a rede elétrica. A gente sabe que pela lei de Gauss para o magnetismo o fluxo magnético que ultrapassa uma superfície fechada sempre é igual a zero, mas não há indicativos se no interior dessa superfície (interior de um fio, por exemplo) há ou não cargas elétricas (corrente elétrica). Uma forma melhor ou até mais prática de fazer isso é usando a lei de Ampère: ela nos dará uma forma de calcular o campo magnético através da corrente elétrica.

Melhorando mais o entendimento da lei de Ampère: suponha que você tenha um fenômeno ou um objeto e quer calcular o campo magnético deste objeto. Você sabe que há uma corrente elétrica nele, sabe o valor e tem todos os dados do objeto (um fio elétrico, por exemplo). Com isso, a lei de Ampére te ajuda a dizer o quanto há de campo magnético nesse objeto / fenômeno / equipamento.

Agora podemos enunciar a lei de Ampère ou, convencionalmente chamada, quarta lei de Maxwell:

O campo magnético total é a soma da corrente elétrica total que percorre um circuito fechado

Um esquema sobre a lei de Ampère: em um circuito fechado se mede a corrente elétrica (I) e se tem, através de uma integral fechada, o campo magnético (B). A corrente elétrica (I) atravessa a superfície que pode ser um fio.
Fonte: livro Física III – Eletromagnetismo, por Young & Freedman, Sears & Zemansky, 14 ed, pág. 280

Até agora não usei equações para explicar o eletromagnetismo e espero que, com essas simples palavras, você esteja compreendendo. Confesso que é muito difícil explicar física sem equações: uma equação com 4 termos, como é a lei de Ampère, sintetiza páginas e páginas de explicação; no máximo, se utiliza uma figura para ficar mais “colorido” a explicação. Por exemplo, nessa lei de Ampère, o enunciado que fiz é uma leitura, em palavras, da equação que é extremamente simples, curta, linda e muito abrangente em termos de aplicação.

Falando em aplicação: poderia escrever páginas e páginas com aplicações tecnológicas, do nosso dia a dia, sobre a lei de Ampère. Apenas para citar um caso (ainda farei uma coluna exclusiva com aplicações do eletromagnetismo): ressonância magnética. Recentemente, fiz um exame utilizando essa tecnologia. É simplesmente magnífico o poder dessa máquina que faz de imagear um órgão específico dentro do corpo humano, com alta resolução (e alguns tipos de exames de ressonância magnética em 3D), completamente indolor e sem efeitos colaterais quaisquer.

Tudo isso é muito bonito, tem um monte de aplicação médica, tecnológica e no nosso mundo moderno, mas qual é a implicação teológica ou bíblica da lei de Ampère? Aqui, novamente, poderia te dar páginas e páginas de aplicações, mas a principal delas é algo chamado de ajuste fino da natureza ou universo. Em simples palavras e de forma bem superficial: a Terra está finamente ajustada para que haja vida (nós). E para isso acontecer é necessário que a vida esteja bem ajustada aos os fenômenos naturais e que estes estejam, em última instância, favoráveis à nossa vida. Dito de outra forma: para que a vida humana continue seguindo da forma como está há finos ajustes da natureza ao nosso redor. Isso implica que não haja fenômenos cósmicos de destruição em massa atingindo a Terra.

Um desses fenômenos cósmicos extremamente perigosos é conhecido pela sigla GRB – Gamma Ray Bursts. Uma tradução já assusta: rajadas (raios ou explosões em rajadas) de raios gama. É, literalmente falando, um feixe ou um “raio laser” de radiação gama (a mais energética que existe) viajando no universo. Essas GRBs têm fontes ainda em estudo, podendo vir de buracos negros (da colimação de raios gama advindos do disco de acreção), estrelas diversas (estrelas de nêutrons, pulsares etc) ou alguma outra hipótese ainda em teste. O grande problema, para nós, é que esse “laser” de raios gama é gigantesco em termos de área: algo na escala do tamanho ou maior que a Terra. Falando diretamente: se uma GRB desse tipo batesse aqui, mesmo sendo pequena ou até menor do que a Terra, simplesmente teríamos uma catástrofe sem precedentes à vida, podendo até extinguir a nossa atmosfera (na melhor das hipóteses). E a forma como esses raios são formados, em essência, é também pela lei de Ampère. Em uma outra coluna, onde falarei sobre estrelas, trabalharei melhor esses fenômenos.

Uma GRB advinda de uma fusão de estrelas de nêutrons em 2015 em uma galáxia a 1,7 bilhão de anos-luz de distância.
Fonte da imagem: https://chandra.harvard.edu/photo/2018/kilonova/.
Para saber mais sobre esse fenômeno, veja no artigo (técnico): https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1806/1806.10624.pdf

Em resumo, a lei de Ampère nos diz como funciona o eletromagnetismo em essência. E, por ela, podemos entender os fenômenos cósmicos, além de milhões de aplicações tecnológicas, indo desde a uma simples construção civil (montagem e teste de fios em casa) até aplicações médicas fundamentais para diagnóstico e tratamento de saúde. Além de tudo isso, podemos observar que há um cuidado fundamental naquilo que chamamos de ajuste fino do universo e princípio antrópico (uma espécie de ajuste fino para a vida humana na Terra) com a utilização da lei de Ampère.

Finalizarei com o texto de Deuteronômio. Neste verso, Moisés está falando com o povo na entrada de Canaã e dizendo que Deus cuida dessa terra que eles tomarão posse no sentido de completude, de que nada faltará a eles. Agora, se o Criador tem esse cuidado tão específico com um povo em um pedaço de terra relativamente pequeno, imagina o que Ele faz a nível universal:

Terra de que o Senhor teu Deus tem cuidado; os olhos do Senhor teu Deus estão sobre ela continuamente, desde o princípio até ao fim do ano.

Deuteronômio 11:12

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;
  • O ajuste fino do universo: em busca de Deus na ciência e na teologia, por Alister McGrath, editora Ultimato 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;
  • Para esse texto utilizei o livro, para o ensino superior, Física III – Eletromagnetismo, por Young & Freedman, Sears & Zemansky, 14 ed;
  • 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.
Uma GRB perto (ou dentro) de uma galáxia a 3,8 bilhões de anos-luz de distância.
Fonte: https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/multimedia/grb110328A.html

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