Campos e Forças
Comece com a lei de Coulomb, campos elétricos, lei de Gauss e circuitos simples (lei de Ohm, regras de Kirchhoff).
Eletromagnetismo
As equações de Maxwell, campos elétricos e magnéticos, ondas eletromagnéticas e circuitos – a física que fundamenta toda a tecnologia moderna.
Visão geral
O eletromagnetismo é o ramo da física que descreve os campos elétricos e magnéticos, suas interações com a matéria e as ondas eletromagnéticas que incluem luz, rádio e raios X. James Clerk Maxwell unificou a eletricidade, o magnetismo e a ótica em quatro equações compactas na década de 1860 – uma das maiores conquistas da história da ciência.
O campo se divide em eletrostática (cargas estacionárias), magnetostática (correntes estacionárias), eletrodinâmica (campos que variam no tempo) e o estudo de ondas eletromagnéticas e suas interações com a matéria.
Conceitos Básicos
Campos Elétricos e Lei de Coulomb
A lei de Coulomb descreve a força entre duas cargas pontuais estacionárias: F = kq₁q₂/r². O campo elétrico E = F/q quantifica a força por unidade de carga em qualquer ponto do espaço, visualizada como linhas de campo apontando para longe das cargas positivas e em direção às cargas negativas. A lei de Gauss relaciona o fluxo elétrico total através de uma superfície fechada com a carga encerrada.
Campos Magnéticos e Força de Lorentz
Cargas em movimento geram campos magnéticos, descritos pela lei de Biot-Savart e pela lei de Ampère. A lei da força de Lorentz F = q(E + v × B) fornece a força eletromagnética total sobre uma carga que se move em campos elétricos e magnéticos combinados. Monopólos magnéticos não existem – as linhas de campo sempre formam circuitos fechados.
Equações de Maxwell
As quatro equações de Maxwell são a descrição clássica completa do eletromagnetismo:
- Lei de Gauss: ∇·E = ρ/ε₀ — os campos elétricos divergem das cargas
- Lei de Gauss para o magnetismo: ∇·B = 0 — sem monopolos magnéticos
- Lei de Faraday: ∇×E = −∂B/∂t — mudar B induz E
- Lei de Ampère-Maxwell: ∇×B = μ₀J + μ₀ε₀∂E/∂t — correntes e variação de E produzem B
Tomando a curvatura dos dois últimos produz-se a equação da onda eletromagnética, prevendo ondas que viajam a c = 1/√(μ₀ε₀) ≈ 3×10⁸ m/s – a velocidade da luz.
Indução Eletromagnética
Lei de Faraday: uma mudança no fluxo magnético induz um EMF. A lei de Lenz especifica sua direção – opondo-se à mudança que a causou. Este é o princípio por trás de geradores, transformadores e carregamento indutivo. A autoindutância descreve como uma bobina se opõe às mudanças em sua própria corrente.
Percursos de aprendizagem
Indução e Circuitos
Cubra as leis de Faraday e Lenz, indutância, capacitância, circuitos CA e o oscilador LC.
Teoria de Maxwell
Domine as equações de Maxwell em forma diferencial, ondas eletromagnéticas e a conexão com a relatividade especial.
Artigos principais
Equações de Maxwell
Uma derivação completa e interpretação física de todas as quatro equações de Maxwell.
Leia →O Efeito Fotoelétrico
A explicação de Einstein que lançou a teoria quântica – luz como fótons.
Leia →O Efeito Aharonov-Bohm
Como os potenciais eletromagnéticos afetam as fases quânticas mesmo quando os campos são zero.
Leia →O Efeito Faraday
Os campos magnéticos giram a polarização da luz – uma ligação profunda entre EM e óptica.
Leia →O Efeito Kerr
Como os campos elétricos alteram o índice de refração de um meio.
Leia →A Frequência Plasmática
Como os elétrons livres em um plasma respondem às ondas eletromagnéticas.
Leia →Calculadoras Relacionadas
Perguntas Frequentes
O que as equações de Maxwell descrevem?
Como os campos eléctricos e magnéticos são gerados por cargas e correntes, como interagem e como os campos variáveis se produzem – prevendo a luz como uma onda electromagnética.
Qual é a diferença entre potencial elétrico e campo elétrico?
E é um vetor de força por unidade de carga; V é uma energia potencial escalar por unidade de carga. Eles se relacionam via E = −∇V.
Por que um campo magnético variável cria um campo elétrico?
Lei da indução de Faraday: a mudança no fluxo magnético induz um CEM. Isso aciona geradores, transformadores e carregamento sem fio.
O que é uma onda eletromagnética?
Uma oscilação acoplada dos campos E e B propagando-se em c ≈ 3×10⁸ m/s. Toda luz – rádio, visível, raios X – é radiação eletromagnética.