Este artigo trata da propriedade do espaço que quantifica a influência magnética em determinado local. Para os fenômenos do magnetismo e os diferentes tipos de materiais magnéticos, veja Magnetismo. Para a compatibilidade de dispositivos em campos eletromagnéticos, veja Compatibilidade eletromagnética.
Em magnetismo e eletromagnetismo, campo magnético é uma propriedade física do espaço que quantifica a influência magnética em determinado local.
Os campos magnéticos:
desviam cargas elétricas em movimento, inclusive correntes elétricas; exercem torque sobre ímãs, fazendo-os girar em relação à direção do campo magnético; atraem ou repelem ímãs e materiais magnéticos, como o ferro; podem induzir correntes elétricas quando variam com o tempo.
Os campos magnéticos são produzidos por:
materiais magnéticos permanentes, cuja magnetização está relacionada aos momentos magnéticos microscópicos de seus constituintes; cargas elétricas em movimento, inclusive correntes elétricas. O controle preciso dessas cargas permite produzir eletroímãs; campos elétricos que variam no tempo, conforme a correção de Maxwell à lei de Ampère..
Os campos magnéticos são usados em muitos ramos da ciência e da tecnologia. Na engenharia elétrica e na eletromecânica, entram no projeto e no funcionamento de motores elétricos, geradores, transformadores, eletroímãs e indutores. Na ciência dos materiais, forças magnéticas permitem estudar os portadores de carga por meio do efeito Hall, entre outras aplicações.
Na geologia e na geofísica, o campo magnético terrestre fornece informações sobre o interior da Terra, enquanto medições locais são usadas na prospecção mineral e em outros levantamentos. O campo terrestre também forma a magnetosfera, que desvia grande parte das partículas carregadas do vento solar. Na física, a relação entre os campos elétrico e magnético é estudada pela eletrodinâmica, usada para explicar fenômenos como a luz, uma forma de radiação eletromagnética, e as propriedades de antenas e linhas de transmissão.
Como a intensidade e a direção de um campo magnético podem variar de um ponto para outro, ele é representado matematicamente pela atribuição de um vetor a cada ponto do espaço, formando um campo vetorial.Mais precisamente, o campo magnético é um campo de pseudovetores devido às suas propriedades sob inversão. Há dois campos vetoriais diferentes, embora estreitamente relacionados, chamados de "campo magnético". Eles são escritos como e .As letras B e H foram escolhidas originalmente por Maxwell em seu Treatise on Electricity and Magnetism, vol. II, pp. 236–237. Para muitas grandezas, Maxwell simplesmente passou a escolher letras a partir do início do alfabeto. Ver . A nomenclatura mais adequada para esses campos é discutida há mais de um século, mas a física subjacente não é objeto dessa controvérsia.
Definições
A norma internacional ISO 80000-6 define campo magnético como "o componente de um campo eletromagnético caracterizado pelo vetor intensidade de campo magnético e pelo vetor densidade de fluxo magnético ". A norma também define e nos sentidos apresentados abaixo. Embora essas definições sejam amplamente usadas, existem outros nomes para cada uma das grandezas.
Campo B
+ Densidade de fluxo magnético (B) Outros nomes Indução magnética.Campo magnético. Símbolo Unidade SI tesla (T) Outras unidades gauss (G)γ (nT) Unidades básicas do SI kg A−1 s−2 Dimensão
Também chamado de densidade de fluxo magnético, o campo magnético produz forças e torques magnéticos e participa da indução eletromagnética. Por isso, pode ser definido por qualquer equação que expresse esses fenômenos.
Por exemplo, o vetor de campo magnético em qualquer ponto pode ser definido como o campo vetorial que, inserido na lei da força de Lorentz, prevê corretamente a força sobre uma partícula carregada em movimento naquele ponto.., equação 5.1.
Lei da força de Lorentz (forma vetorial, unidades SI):
Nessa expressão, é a força sobre a partícula, é sua carga elétrica, é o campo elétrico externo, é a velocidade da partícula e × representa o produto vetorial.
Em outros termos:.
"A instrução 'Meça a direção e a magnitude do vetor em tal lugar' exige as seguintes operações: tome uma partícula de carga conhecida . Meça a força sobre em repouso, para determinar . Em seguida, meça a força sobre a partícula quando sua velocidade for . Repita com em outra direção. Encontre então um que faça a lei da força de Lorentz concordar com todos esses resultados. Esse é o campo magnético no local em questão."
Para mais detalhes, veja força de Lorentz e a seção Força magnética sobre uma partícula carregada.
A unidade SI de é o tesla, símbolo T.A unidade SI de , o fluxo magnético, é o weber, símbolo Wb. A relação é 1 Wb/m² = 1 T. O tesla também equivale a (newton·segundo)/(coulomb·metro), relação que pode ser obtida da parcela magnética da lei da força de Lorentz. No sistema gaussiano de unidades CGS, é medido em gauss, símbolo G.. A conversão é 1 T = 10.000 G. Um nanotesla corresponde a 1 gamma, símbolo γ.
Campo H
+ Intensidade de campo magnético (H) Outros nomes Intensidade de campo magnético.Campo magnéticoCampo magnetizante Símbolo Unidade SI ampere por metro (A/m) Outra unidade oersted (Oe) Unidades básicas do SI A m−1 Dimensão
Embora produza forças e torques magnéticos sobre objetos e induza correntes em fios condutores, seu cálculo nem sempre é simples. Para certos problemas, define-se o campo magnético , observa que é especialmente útil porque, na construção de um eletroímã, a corrente livre aplicada à bobina é a grandeza diretamente controlada e determina , ou ao menos sua integral de linha. também chamado de intensidade de campo magnético, de modo que:, equação 6.18.
Definição do campo H (forma vetorial, unidades SI):
onde é a permeabilidade magnética do vácuo e é o vetor de magnetização, que expressa o grau de magnetização de uma região do material e é definido abaixo. No vácuo, , de modo que os dois campos contêm a mesma informação física, embora tenham dimensões e unidades diferentes. Dentro de um material, eles diferem.
Com essa definição, pode, em muitas situações,A componente induzida é nula em certos casos de alta simetria nos quais a lei de Ampère pode ser aplicada diretamente. Ela também não altera determinadas grandezas que dependem de uma integral de linha de , como a força magnetomotriz de circuitos magnéticos. ser tratado como se dependesse apenas das correntes elétricas livres, com correções para o campo produzido por material magnético próximo.Essa componente de é chamada de campo desmagnetizante ou campo de dispersão. Mesmo assim, para calcular forças, torques, correntes induzidas ou variações de energia, ainda é preciso obter a partir de .
A unidade SI de é o ampere por metro (A/m), enquanto a unidade gaussiana é o oersted (Oe).
Medição e visualização
Magnetômetros
miniatura|Um magnetômetro fluxgate uniaxial
Instrumentos usados para medir localmente o campo são chamados de magnetômetros. Entre eles estão os magnetômetros de indução, ou de bobina de busca, que medem apenas campos magnéticos variáveis, os magnetômetros de bobina rotativa, os magnetômetros de efeito Hall, os magnetômetros de ressonância magnética nuclear, os SQUID e os magnetômetros fluxgate. Campos magnéticos de objetos astronômicos distantes podem ser medidos por seus efeitos sobre partículas carregadas. Elétrons que espiralam em torno de uma linha de campo, por exemplo, produzem radiação síncrotron detectável em ondas de rádio. O Gravity Probe B atingiu sensibilidade da ordem de 5 aT, ou T.
O campo não pode ser medido diretamente de forma independente da caracterização do material, mas pode ser inferido a partir das correntes livres, da geometria e da magnetização.
Exposição de baixa frequência no Brasil
No Brasil, a Lei n.º 11.934/2009 estabelece limites para a exposição humana a campos elétricos e magnéticos associados ao funcionamento de sistemas de energia elétrica. A lei é regulamentada pela Resolução Normativa n.º 915/2021 da Agência Nacional de Energia Elétrica. Para instalações que operam em 50 ou 60 Hz, o nível de referência da densidade de fluxo magnético é de 200 µT para o público em geral e 1.000 µT para exposição ocupacional.
Esses valores são níveis de referência empregados na avaliação prática da exposição. As restrições básicas são os limites que devem ser satisfeitos. A superação de um nível de referência exige avaliação adicional e não significa, por si só, que uma restrição básica tenha sido ultrapassada.
Linhas de campo magnético
miniatura|direita|180px|A direção das linhas do campo magnético é representada por limalha de ferro espalhada sobre um papel colocado acima de um ímã em barra. miniatura|direita|180px|Agulhas de bússola apontam na direção do campo magnético local, em direção ao polo sul do ímã e para longe de seu polo norte.
Um campo magnético pode ser visualizado por meio de um conjunto de linhas de campo magnético, que acompanham a direção do campo em cada ponto. A direção do campo magnético em qualquer ponto onde é tangente à linha que passa por esse ponto, e a densidade gráfica das linhas pode ser escolhida de forma proporcional à intensidade do campo. As linhas de campo são uma representação de uma distribuição contínua. Uma representação com outra resolução mostraria mais ou menos linhas.
As linhas de campo magnético possuem as seguintes propriedades:.
a direção do campo magnético é tangente à linha de campo em qualquer ponto onde o campo não seja nulo. Uma pequena bússola aponta nessa direção; a intensidade do campo pode ser representada pela proximidade entre as linhas; duas linhas de campo não se cruzam em um ponto onde o campo possui direção definida; no exterior de um ímã, as linhas são orientadas do polo norte para o polo sul. No interior do material, prosseguem do polo sul para o polo norte.
A lei de Gauss para o magnetismo, , significa que as linhas de não possuem pontos de origem ou término. Em campos simples, uma linha pode formar uma curva fechada ou estender-se ao infinito. Em campos tridimensionais gerais, porém, uma linha também pode permanecer em uma região limitada e percorrê-la sem jamais fechar-se de forma periódica. Campos com topologia mais elaborada podem apresentar linhas caóticas.
Uma vantagem dessa representação é que muitas leis do magnetismo e do eletromagnetismo podem ser expressas com conceitos como o "número" de linhas que atravessa uma superfície e depois escritas matematicamente. O fluxo através de uma superfície é dado pela integral de superfície do campo magnético..
Diferentes sistemas de unidades
Este artigo usa o Sistema Internacional de Unidades (SI). Outros sistemas, em especial o sistema gaussiano, ainda aparecem em algumas áreas e livros didáticos. As equações podem assumir formas diferentes conforme o sistema de unidades adotado.
Força sobre cargas em movimento e correntes
Cargas elétricas em movimento, inclusive correntes elétricas, sofrem forças produzidas por campos magnéticos .
Força magnética sobre uma partícula carregada
miniatura|200px|Uma partícula carregada que se move com velocidade v em um campo magnético B sofre uma força magnética F, cuja direção é determinada pela regra da mão direita. miniatura|direita|Feixe de elétrons descrevendo uma trajetória circular em um campo magnético uniforme. O gás residual no tubo torna a trajetória visível por fluorescência.
Uma partícula carregada que se move em um campo sofre uma força magnética lateral proporcional à intensidade do campo, à componente da velocidade perpendicular ao campo e à carga da partícula. Essa força é a parcela magnética da força de Lorentz:., equação 5.1.
Lei da força de Lorentz (forma vetorial, unidades SI):
onde é a força total, é a carga elétrica da partícula, é sua velocidade instantânea, é o campo elétrico e é o campo magnético. A direção da parcela magnética pode ser determinada pela regra da mão direita.