História e epistemologia da Física/Eletromagnetismo: diferenças entre revisões

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== Força de Lorentz ==
== Força de Lorentz ==


Quando uma particula carregada eletricamente viaja em um campo eletromagnetico, age nela uma força chamada força de Lorentz. Em fisica nao relativistica, a equaçao abaixo associada as Equações de Maxwell e às leis de Newton, fornece uma descriçao exata do movimento dos corpos eletricamente carregados em um campo eletromagnetico.


== Criação de pares ==
== Criação de pares ==

Revisão das 21h34min de 13 de maio de 2008

Antecedentes

Egípcios: teriam algum entendimento dos fenômenos elétricos observando relâmpagos e interagindo com peixes elétricos?

lâmpada de Dendera

Na Antiguidade, os indianos já sabiam que certos cristais, quando aquecidos, atraíam cinzas, atribuindo ao fenômeno causas sobrenaturais

há bactérias que fabricam cristais de magnetita (Fe3O4) ou greigita (Fe3S4), materiais com propriedades magnéticas, e orientam seus movimentos pelo campo magnético terrestre

China, séc. 4 a.C., Livro do Mestre do Vale do Demônio: “A magnetita atrai o ferro”

Tales (c. 600 a.C.) teria sido o primeiro a estudar a eletricidade e o magnetismo procurava descrever o efeito eletrostático do âmbar (ἤλεκτρον - eléktron):

  • ao se esfregar âmbar com pele de carneiro, observou que penas eram atraídas

Os fenômenos permaneceram através dos tempos apenas como curiosidade.

Lendas

haveria uma montanha magnética no pólo, onde os navios jamais chegariam porque a força de atração removeria todos os pregos do navio

o magnetismo poderia ser destruído pelo contato com o alho

os ímãs podiam ser usados para denunciar esposas infiéis

haveriam rochas que atrairiam carne, madeira ou ouro

Magnes teria tido os pregos de sua sandália atraídos pela pedra enquanto pastoreava no monte Ida (Creta) magnetita: por ter vindo da região conhecida como Magnésia, na Tessália (Grécia) (terra de Jasão, Aquiles e ... Vangelis)


Bússola

‘sapos’, ‘peixes’, ‘tartarugas’, colheres e agulhas eram usados na Geomancia e no Feng Shui como indicadores de direção

“Quando o povo de Cheng sai em busca de jade, eles carregam um ‘apontador para o sul’ com eles para não se perderem”

2634 a.C.: imperador Huang Ti inventa um carro para guiar suas tropas

séc. 12: chineses já usavam a bússola de magnetita para navegação

Shen Kuo (1031-1095) escreveu sobre a bússola de agulha magnética e maior acurácia da navegação empregando o conceito astronômico de Norte Verdadeiro

depois de Shen Kuo, Alexander Neckham foi o primeiro na Europa a descrever (1187) a bússola e seu uso na navegação


Gerolamo Cardano (Pavia, 1501 – Roma, 1576 )

Dados Biográficos

(Jerôme Cardan, Hieronymus Cardanus, Dzhirolamo Kardano, etc.)

iniciou a teoria das equações algébricas

primeiro a descrever clinicamente a febre tifóide

publicou (apropriou-se de) o método de Scipione del Ferro e Tartaglia p/ resolver a equação cúbica

1550: discutiu em seu livro De Subtilitate as diferenças entre forças elétricas e forças magnéticas.


William Gilbert (1544-1603 )

Dados Biográficos

médico inglês e Elizabeth I e James I e filósofo natural

pesquisou eletricidade e magnetismo

cunhou o termo ‘eletricidade’


Contribuições

1600: De Magnete

experiências c/ modelo terrela (esfera magnetizada)

Terra era um magneto  atraía bússolas

antes acreditava-se que era devido à estrela Polar ou a uma grande ilha magnética no pólo Norte

estudou eletricidade estática com âmbar (elektron) atritado  ‘força elétrica’

acreditava que eletricidade e magnetismo eram coisas diferentes, principalmente porque a eletricidade desaparecia com o aquecimento e o magnetismo não (errado!) (vide ponto de Curie)

acreditava que o magnetismo era a força que Kepler e outros tinham observado governando os movimentos dos astros

apontou que o movimento das estrelas se devia à rotação da Terra e não às ‘esferas celestes’ 20 anos antes de Galileu


Otto von Guericke (Magdeburg, 1602 - Hamburgo, 1686)

Dados Biográficos

prefeito da cidade de Magdeburgo,

conhecido pela demonstração de 1654

16 cavalos não separam os hemisférios unidos apenas pela pressão atmosférica


Contribuições

1660: Elektrisiermaschine: a primeira máquina eletrostática

tocou a esfera de enxofre girada em alta velocidade com uma luva girada, eletrizando-a

observou atração, repulsão, centelhas e ruído de descarga

conclui que a eletricidade podia passar de um corpo para o outro

demonstrou que atrações elétricas e magnéticas propagavam-se no vácuo


Charles François de Cisternay du Fay (Paris, 1698-1739 ) du Fay

1733: dois tipos de “fluido” elétrico: “vítreo” (positivo) e “resinoso“ (negativo) (depois contestado por Franklin)

identificou a diferença entre isolantes e condutores (contrariando Stephen Gray, que acreditava que as propriedades elétricas dos corpos dependiam das suas cores)


Benjamin Franklin (Boston, 1706 -Filadélfia, 1790)

Dados Biográficos

foi tipógrafo, jornalista, editor, autor de auto-ajuda, filantropo, ao mesmo tempo calvinista e iluminista, abolicionista, diplomata, um dos líderes da Revolução Americana, primeiro ministro dos correios, metereologista, inventor e cientista


Contribuições

propôs a famosa experiência

só há um “tipo” de eletricidade em quantidades diferentes: positiva e negativa

propôs o Princípio de Conservação da Carga Elétrica


Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806)

Dados Biográficos

físico e engenheiro militar francês

trabalhou na reconstrução do Forte Bourbon (Martinica), onde estudou a resistência dos muros de sustentação inspirado pelas idéias sobre a fricção de Pieter van Musschenbroek

participou da definição de padrões de pesos e medidas do governo revolucionário francês (1788)

Contribuições

publicou trabalhos sobre o atrito e sobre a viscosidade

descobriu a relação inversa entre a força entre cargas elétricas e o quadrado da sua separação, conhecida como Lei de Coulomb


Força elétrica

Lei de Coulomb

forma semelhante à da força gravitacional


Michael Faraday (1791–1867)

Dados Biográficos

químico e físico inglês

era um devoto cristão da igreja Sandemaniana

foi aprendiz de tipografia, onde leu muitos livros, especialmente sobre eletricidade

descobriu o benzeno e três cloretos de carbono

inventou o predecessor do bico de Bunsen

inventou o número de oxidação

liquefez vários gases

aos vinte anos, assistiu a palestras de Humphry Davy.

enviou suas notas das palestras, encadernadas  Davy o contratou como assistente porque ficou quase cego num acidente de laboratório

viajou como assistente e criado com Davy: quase desistiu de tudo mas teve contato com um mundo de informações científicas

foi admitido na Royal Society em 1824

rejeitou um título de nobreza e a Presidência da Royal Society

instituiu as palestras de natal enquanto diretor da Royal Institution

apesar da pouca instrução, é considerado o melhor experimentalista da história

Contribuições

contribui com as leis da eletrólise

popularizou os termos eletrodo, cátodo, ânodo e íon

precisou o conceito de quantidade de eletricidade

descobriu

  • a indução eletromagnética,
  • o diamagnetismo e
  • a eletrólise

concebeu as linhas de campo

inventou o primeiro motor elétrico e o dínamo

estabeleceu que o magnetismo pode afetar a propagação dos raios de luz


Campo elétrico

Campo elétrico

campo: função definida no espaço

região do espaço onde se sente uma influência detectável com uma carga de prova


Linhas de força

linhas de força: tangentes ao campo em cada ponto

superfícies equipotenciais: onde o campo tem o mesmo valor em módulo

ortogonais às linhas de força


Gaiola de Faraday

Gaiola de Faraday

Gaiola de Faraday

Johann Carl Friedrich Gauß (1777-1855)

Dados Biográficos

Contribuições

deu à eletricidade e ao magnetismo o seu primeiro sistema de unidades

autor do famoso teorema


Unidades

  • Corrente: Ampére
  • Q: C º As
  • E: N/C
  • B: Tesla º NA-1m-1
  • V: Volt º Nm/C
  • R: Ohm º NA-1m/C
  • m0/4p=10-7NA-2
  • e0=1/c m0
  • =8,85´10-12C2N-1m-2


Lei de Gauss

o fluxo total do campo elétrico através de qualquer superfície fechada é dado pela carga contida no seu interior


Campo de distribuição esférica

distribuição esfericamente simétrica.

no exterior, campo igual ao de uma carga puntual situada na origem.

no interior, só a carga interior é relevante.


Corrente elétrica

num condutor são os elétrons livres que transportam a corrente

sentido convencional da corrente oposto ao movimento dos elétrons

vetor densidade de corrente


Garrafa de Leyden

Von Kleist e Van Musscchenbroek independentemente em 1746 desenvolvem a garrafa de Leyden (primeiro capacitor), melhor do que as peles de gato para experiências elétricas


‘Bateria’ de Bagdá

encontrada no Iraque em 1938

seria a 1ª bateria elétrica (sec. III a.C.?)


Concepções Alternativas

  • eletricidade é um fluido
  • bateria é um recipiente
  • dois tipos de eletricidade saem um da cada pólo e se encontram na lâmpada
  • cada elétron percorre todo o circuito de um pólo ao outro
  • a corrente se desgasta ao passar por uma resistência


Luigi Galvani (1737-1798)

arcos bimetálicos provocavam espasmos em pernas de rã (1783)

acreditou que eletricidade (animal) provinha do músculo

Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745-1827)

associado de Galvani

desenvolveu as células voltaicas, predecessoras da pilha elétrica (1800)


Georg Simon Ohm (1789-1854)

Ohm faz a relação entre a corrente elétrica num circuito e a diferença de potencial (voltagem) da pilha.


Lei de Ohm

  • R: resistência
  • V: diferença de potencial
  • I: corrente


Eletromagnetismo

Antecedentes

marinheiros já haviam observado que um relâmpago perturbava a agulha da bússola

Romagnosi, filósofo, economista e jurista italiano, publicou em 1802, num jornal italiano, a sugestão de uma relação entre eletricidade e magnetismo


André-Marie Ampère (1775–1836 )

Dados Biográficos

físico francês

disse que aos 18 anos sabia tanta Matemática quanto jamais soube

18 anos: os três pontos altos da vida:

  • a 1ª comunhão,
  • a leitura do “Eulogy of Descartes", de Thomas e
  • a Tomada da Bastilha (França)


Contribuições

desenvolveu a observação de Ørsted: corrente elétrica gera campo magnético

constrói o primeiro galvanômetro


Lei de Ampère

circulação do campo magnético

corrente produz campo magnético


Campo magnético

um magneto comporta-se como um dipolo

tem sempre dois pólos

não há cargas magnéticas isoladas (monopolos)


Lei de Faraday

circulação do campo elétrico

variação do campo magnético produz campo elétrico


Força de Lorentz

Quando uma particula carregada eletricamente viaja em um campo eletromagnetico, age nela uma força chamada força de Lorentz. Em fisica nao relativistica, a equaçao abaixo associada as Equações de Maxwell e às leis de Newton, fornece uma descriçao exata do movimento dos corpos eletricamente carregados em um campo eletromagnetico.

Criação de pares

James Clerk Maxwell (1831–1879)

Dados Biográficos

matemático e físico escocês

devoto cristão

aos 14 publicou na Royal Society um artigo sobre o desenho de curvas geométricas com cordel

obteve a distribuição que descreve estatisticamente os gases

tirou a primeira fotografia colorida usando filtros de um tartan (xadrez escocês)

recebeu medalha por seu trabalho no daltonismo

1859: demonstrou que os anéis de Saturno não podiam ser líquidos nem sólidos

1861: foi eleito para a Royal Society

1864: apresentou as famosas equações


Equações de Maxwell

unificam e completam

  • Lei de Faraday
  • Lei de Ampére
  • Lei de Gauss


Ondas Eletromagnéticas

equações de Maxwell  equação de onda

velocidade de propagação igual à velocidade da luz

Þ luz: onda eletromagnética


Referências


Ver Também


Este módulo tem a seguinte tarefa pendente: Incuir linha de tempo