Eletromagnetismo
Eletromagnetismo, na física, é uma interação que ocorre entre partículas com carga elétrica por meio de campos eletromagnéticos. A força eletromagnética é uma das quatro forças fundamentais da natureza. É a força dominante nas interações de átomos e moléculas. O eletromagnetismo pode ser pensado como uma combinação de eletrostática e magnetismo, dois fenômenos distintos, mas intimamente interligados. As forças eletromagnéticas ocorrem entre quaisquer duas partículas carregadas, causando uma atração entre partículas com cargas opostas e repulsão entre partículas com a mesma carga, enquanto o magnetismo é uma interação que ocorre exclusivamente entre partículas carregadas em movimento relativo. Esses dois efeitos se combinam para criar campos eletromagnéticos nas proximidades de partículas carregadas, que podem acelerar outras partículas carregadas por meio da força de Lorentz. Em alta energia, a força fraca e a força eletromagnética são unificadas como uma única força eletrofraca.
Mundo antigo
A investigação dos fenômenos eletromagnéticos começou há 5.000 anos. Há evidências de que os antigos chineses, maias, e potencialmente até mesmo as civilizações egípcias, sabiam que o mineral naturalmente magnético magnetita tinha propriedades atraentes, e muitos o incorporaram em sua arte e arquitetura. Os povos antigos também conheciam os raios e a eletricidade estática, embora não tivessem ideia dos mecanismos por trás desses fenômenos. O filósofo grego Tales de Mileto descobriu por volta de 600 A.E. C. que âmbar poderia adquirir carga elétrica ao ser esfregado com um pano, o que lhe permitia pegar objetos leves, como pedaços de palha. Tales também fez experiências com a capacidade das rochas magnéticas de se atraírem umas às outras e levantou a hipótese de que este fenômeno poderia estar ligado ao poder de atração do âmbar, prenunciando as profundas ligações entre a eletricidade e o magnetismo que seriam descobertas 2.000 anos mais tarde. Apesar de toda esta investigação, as civilizações antigas não tinham compreensão da base matemática do electromagnetismo, e muitas vezes analisavam os seus impactos através das lentes da religião e não da ciência (o relâmpago, por exemplo, era considerado uma criação dos deuses em muitas culturas).
Século XIX
Na Europa, a eletricidade e o magnetismo foram originalmente considerados duas forças separadas. Essa visão mudou com a publicação de James Clerk Maxwell em 1873, Tratado sobre electricidade e magnetismo[b], no qual as interações de cargas positivas e negativas mostraram ser mediadas por uma força. Existem quatro efeitos principais resultantes dessas interações, todos os quais foram claramente demonstrados por experimentos: Em abril de 1820, Hans Christian Ørsted observou que uma corrente elétrica em um fio fazia com que a agulha de uma bússola próxima se movesse. Na época da descoberta, Ørsted não sugeriu nenhuma explicação satisfatória para o fenômeno, nem tentou representar o fenômeno em uma estrutura matemática. No entanto, três meses depois, ele iniciou investigações mais intensivas. Logo depois ele publicou suas descobertas, provando que uma corrente elétrica produz um campo magnético ao fluir através de um fio. A unidade CGS de indução magnética (oersted) é nomeada em homenagem a suas contribuições para o campo do eletromagnetismo.
A força eletromagnética é a segunda mais forte das quatro forças fundamentais conhecidas. Ela opera com alcance infinito. As outras forças fundamentais são: a força gravitacional é a única das quatro forças fundamentais que não faz parte do Modelo padrão da física de partículas. Ela é a mais fraca das quatro forças fundamentais, no entanto, ela opera em alcance infinito. Todas as outras forças (por exemplo, fricção, forças de contato) são derivadas dessas quatro forças fundamentais e são conhecidas como forças não fundamentais [en]. Grosso modo, todas as forças envolvidas nas interações entre os átomos podem ser explicadas pela força eletromagnética atuando entre os núcleos atômicos eletricamente carregados e os elétrons dos átomos. As forças eletromagnéticas também explicam como essas partículas carregam momento por meio de seu movimento. Isso inclui as forças que experimentamos ao "empurrar" ou "puxar" objetos materiais comuns, que resultam das forças intermoleculares que agem entre as moléculas individuais de nossos corpos e as dos objetos. A força eletromagnética também está envolvida em todas as formas de fenômenos químicos.
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Em 1600, William Gilbert propôs, em seu De magnete, que a eletricidade e o magnetismo, embora ambos fossem capazes de causar atração e repulsão de objetos, eram efeitos distintos. Os marinheiros notaram que os raios tinham a capacidade de perturbar a agulha de uma bússola. A ligação entre raios e eletricidade não foi confirmada até que os experimentos propostos por Benjamin Franklin em 1752 fossem conduzidos em 10 de maio de 1752 por Thomas-François Dalibard da França usando uma barra de ferro de 12 m de altura em vez de uma pipa e ele extraiu com sucesso faíscas elétricas de uma nuvem. Um dos primeiros a descobrir e publicar uma ligação entre a corrente elétrica produzida pelo homem e o magnetismo foi Gian Romagnosi [en], que em 1802 notou que conectar um fio através de uma pilha voltaica desviava a agulha de uma bússola próxima. No entanto, o efeito não se tornou amplamente conhecido até 1820, quando Ørsted realizou um experimento semelhante. O trabalho de Ørsted influenciou Ampère a conduzir ainda mais experimentos, que acabaram dando origem a uma nova área da física: a eletrodinâmica. Ao determinar uma lei de força para a interação entre elementos de corrente elétrica, Ampère colocou o assunto em uma sólida base matemática.
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As equações de Maxwell são lineares, pois uma mudança nas fontes (as cargas e correntes) resulta em uma mudança proporcional dos campos. A dinâmica não linear pode ocorrer quando os campos eletromagnéticos se acoplam à matéria que segue as leis dinâmicas não lineares. Isso é estudado, por exemplo, no assunto de magnetohidrodinâmica, que combina a teoria de Maxwell com as equações de Navier – Stokes.
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Aqui está uma lista de unidades comuns relacionadas ao eletromagnetismo: No sistema C.G.S. eletromagnético, a corrente elétrica é uma quantidade fundamental definida pela lei de Ampere e considera a permeabilidade como uma quantidade adimensional (permeabilidade relativa) cujo valor no vácuo é a unidade. Como consequência, o quadrado da velocidade da luz aparece explicitamente em algumas das equações que relacionam quantidades neste sistema. As fórmulas para as leis físicas do eletromagnetismo (como as equações de Maxwell) precisam ser ajustadas dependendo do sistema de unidades usado. Isso ocorre porque não há correspondência biunívoca entre as unidades eletromagnéticas do S.I. e as do C.G.S., como é o caso das unidades mecânicas. Além disso, dentro do C.G.S., existem várias opções plausíveis de unidades eletromagnéticas, levando a diferentes "subsistemas" de unidade, incluindo Gaussiano [en], "ESU", "EMU" e Heaviside – Lorentz. Entre essas opções, as unidades gaussianas são as mais comuns hoje em dia e, de fato, a frase "unidades C.G.S." é frequentemente usada para se referir especificamente às unidades C.G.S. – Gaussianas.
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O estudo do eletromagnetismo informa a construção de circuitos elétricos e dispositivos semicondutores.
