Força eletromagnética: Interação envolve prótons e elétrons

João Freitas da Silvam, Especial para a Página 3 Pedagogia & Comunicação

Nós, seres humanos, e todos os animais e plantas, além dos objetos, possuímos massas e estamos sujeitos à força gravitacional do planeta Terra. O que impede que sejamos todos aglomerados em torno do núcleo terrestre em uma única massa disforme? O que mantém nossos corpos coesos?

Também é fato que a maior parte da matéria é constituída de espaços vazios (basta vermos o modelo atômico clássico e compararmos as distâncias entre prótons e nêutrons com os elétrons). Então, o que impede que um bloco de madeira atravesse uma mesa por entre esses espaços vazios?

A resposta a todas essas perguntas é a existência de outro tipo de interação entre os corpos: a força eletromagnética.

A força eletromagnética é um tipo de interação que envolve diretamente as seguintes partículas elementares: prótons e elétrons. Mas é importante destacar que, de uma forma ou de outra, essa interação atinge todas as outras partículas conhecidas, com exceção do gráviton e do neutrino.

A partícula mediadora da força eletromagnética é o fóton (uma forma de descrever a luz como partículas indivisíveis). Qualquer objeto ou corpo com carga elétrica emite e absorve luz (fótons), que é responsável pela transmissão da força eletromagnética. Tal constatação nos permite afirmar que a força eletromagnética entre dois corpos não é transmitida instantaneamente - e, sim, na velocidade da luz.

É importante destacarmos que desde os átomos até as enormes montanhas, passando pelos seres humanos, em tudo predomina a interação eletromagnética. E as interações entre esses corpos ocorrem em função da força eletromagnética. Todos os nossos sentidos (visão, audição, tato, paladar e olfato) são eletromagnéticos.

Mas quando consideramos dois planetas, por exemplo, ou ainda um planeta e uma estrela, a força eletromagnética pode ser relevante por eventuais trocas de calor por meio de radiação, porém, a interação predominante é a gravitacional.

Isso nos dá uma ideia da amplitude das dimensões onde a força eletromagnética predomina em relação às outras forças.

Lei de atração e repulsão

Voltando aos corpos em que a interação eletromagnética é predominante, é importante destacarmos que a interação eletromagnética começou a ser estudada com mais relevância no século 18, ou seja, um século depois da teoria da gravitação de Newton.

Entre 1785 e 1791, o físico francês Charles Augustin de Coulomb realizou trabalhos importantes sobre eletricidade e magnetismo, estabelecendo a lei de atração e repulsão entre cargas elétricas pontuais.

Diferentemente da força gravitacional, que sempre é atrativa, a força eletromagnética pode ser atrativa ou repulsiva, dependendo do sinal das cargas envolvidas. Por exemplo, no caso de dois elétrons a força será repulsiva, já que ambos possuem carga negativa. Entre um elétron e um próton teremos uma atração, considerando que o próton possui carga positiva. Essa ideia também é válida para ímãs: pólos iguais se repelem (Sul com Sul, por exemplo) e pólos diferentes se atraem, como no caso de pólo Sul com pólo Norte.

Coulomb também conseguiu medir com precisão a força entre duas cargas estacionárias, obtendo uma relação muito parecida com a obtida por Newton para a interação gravitacional: F = k . Q . q r 2 , onde F representa a força eletromagnética entre duas cargas estacionárias (na época, apenas chamada de força eletrostática), Q e q representam as cargas interagindo e r a distância entre as duas cargas, cuja dependência também é uma função quadrática. E, por fim, k representa uma constante de proporcionalidade cujo valor é 8.987.109 N . m 2 C 2 (faça uma comparação com a constante gravitacional).

Forças elétricas e magnéticas

Mas quando as cargas estão em movimento, temos o surgimento da força magnética.

Em 1820, o físico dinamarquês Hans Christian Öersted descobriu que a corrente elétrica num condutor está associada a um campo magnético. Dez anos mais tarde, Michael Faraday, físico inglês, e Joseph Henry, físico norte-americano, descobriram que a variação de um campo magnético induz uma corrente elétrica num condutor. Com a união desses estudos surgiu o eletromagnetismo.

Tanto a força eletrostática quanto a força magnética estão relacionadas a partículas carregadas - e ambas representam dois aspectos do eletromagnetismo.

Em 1837, James Clerk Maxwell, físico inglês, apresentou um trabalho no qual, matematicamente, ele unificava as forças elétricas e magnéticas, assumindo de vez a existência da força eletromagnética.

Na sua teoria da relatividade especial, Einstein demonstrou de forma definitiva a relação entre a força eletrostática e a força magnética de cargas em movimento.

Em termos de intensidade, podemos ainda dizer que a interação eletromagnética é vezes maior que a interação gravitacional.

João Freitas da Silvam, Especial para a Página 3 Pedagogia & Comunicação é professor de física e mestrando em ensino de física pela USP.

Bibliografia

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  • NATALE, Adriano A.; VIEIRA, Cássio Leite. O universo sem mistério: uma visão descomplicada da física contemporânea: do Big Bang às partículas. 1ª edição. Rio de Janeiro: Vieira e Lent, 2003.
  • MENEZES, Luiz Carlos. A Matéria - uma aventura do espírito: fundamentos e fronteiras do conhecimento físico. 1ª edição. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2005.
  • BRAZ JÚNIOR, Dulcídio. Física Moderna: tópicos para o ensino médio. 1ª edição. Campinas: Companhia da Escola, 2002.
  • ABDALLA, Maria Cristina Batoni. O discreto charme das partículas elementares. 1ª edição. São Paulo: Editora UNESP, 2006.

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