Diferentemente da Força Elétrica não está associada à Força Magnética um carga magnética. Tal grandeza não existe.

No estudo da eletrostática desenvolveu-se toda uma teoria e um entendimento sobre as propriedades de uma carga elétrica. Porém toma-se, mesmo que de maneira implícita, o fato de que as cargas elétricas estão em repouso. Estuda-se toda a teoria eletrostática a partir de um referencial que enxerga a carga elétrica em repouso. Em outras palavras é como se a carga elétrica estivesse parada em um laboratório e assim se pode observar todas as suas propriedades de maneira bastante privilegiada.

Porém na prática não é isso que acontece. A carga elétrica de qualquer corpo movimenta-se constantemente e mesmo que fosse possível adotar o referencial de repouso da carga elétrica, ainda assim não seria um referencial inercial já que a carga elétrica acelera constantemente. Sabemos disso pelo fato de que essa aceleração tem como consequência a emissão de radiação eletromagnética.

O Magnetismo tem origem no movimento das cargas elétricas e seu entendimento começa com a procura pela resposta a uma pergunta bastante simples e recorrente no que diz respeito ao assunto principal desse site: Quais propriedade apresentam a carga elétrica quando estudada a partir de um referencial que não o dela própria?

Embora simples essa pergunta não tem uma resposta fácil e o objetivo dessa página é esclarecer essas propriedades ligadas à carga elétrica.

Como foi visto no estudo da carga elétrica e das propriedades do Campo Elétrico, este último existe numa região do espaço, e é gerado pela carga elétrica.

De outra forma o Campo Magnético é gerado pelo movimento da carga elétrica. Deve haver portanto uma dependência de sua existência com a mudança de posição da carga elétrica, o que chamamos de velocidade.

Usando a propriedade do produto vetorial

Que é a expressão para a intensidade do campo magnético que atua sobre uma carga elétrica produzindo sobre ela uma força magnética.

Uma característica importante da Força Magnética é a de que ela depende da velocidade vetorial da partícula. Para que haja força magnética sobre uma carga elétrica ela deve portanto possuir velocidade ao atravessar a região de Campo Magnético, com uma direção bem definida.

Quando a velocidade da partícula tem uma certa direção, a Força Magnética sobre a partícula é nula. Para todas as outras direções de velocidade o módulo da Força magnética é proporcional a ao produto de , onde  é o angulo formado entre a direção em que a força vale zero e a direção de .

De outra forma, se a partícula viaja com velocidade que possui uma direção paralela ou anti-paralela ao vetor campo magnético, ela não sofre qualquer influência do campo magnético existente naquela região.

Caso a partícula possua velocidade em uma direção que seja perpendicular à direção do vetor Campo Magnético, sofrerá a ação de uma força que é perpendicular à direção de sua velocidade e à direção do vetor campo magnético.

Algo que se pode observar na animação a seguir.

Na representação acima a carga elétrica possui uma velocidade perpendicular ás linhas de Campo Magnético e, em decorrência disso, a carga elétrica sofrerá uma alteração em sua trajetória que fará com que ela passe a descrever um movimento circular.

É importante perceber que a carga elétrica sofre a ação de uma Força que não altera sua velocidade escalar, assim sendo sua Variação de Energia Cinética é nula.

Pode ocorrer de a carga elétrica possuir velocidade em outra direção que não perpendicular ao Campo Magnético. Nesse caso a carga elétrica sofrerá a ação da Força Magnética apenas na direção da componente da velocidade que tiver direção perpendicular ao vetor Campo Magnético.

Seu movimento será então uma composição de um movimento retilíneo uniforme numa direção e um movimento circular uniforme num direção perpendicular, resultando numa trajetória na forma de uma espiral.

Algo que se pode visualizar na animação seguinte

Campos Magnéticos fazem parte do cotidiano de várias maneiras diferentes. A humanidade aprendeu a explorar diversas formas de energia e uma das formas de energia da qual ela tornou-se bastante dependente é a energia elétrica. 

Consequentemente a presença dessa eletricidade está associada à existência de campos elétricos e magnéticos, e consequentemente de seus efeitos.

Independentemente do surgimento da eletricidade, existe um Campo Magnético que existe desde muito antes do surgimento da humanidade. O campo magnético da Terra.

A humanidade habita a crosta terrestre, que é a camada mais exterior do planeta. A Geologia mostra que a Terra é formada por diferentes camadas sendo que cada uma tem uma constituição diferente.

O planeta Terra é denominado como sendo geologicamente ativo, já que seu interior possui temperatura suficiente para gerar energia que alimenta os processos geológicos. Os terremotos e a ação de vulcões demonstram isso num processo que já dura bilhões de anos desde a formação do planeta.

O calor é gerado pelo mesmo “motor” que faz com que uma estrela brilhe, que é a gravidade. A massa do planeta atraída pela força gravitacional comprime o núcleo da Terra até que o aumento de temperatura seja suficiente para fundir o material, produzindo assim, um planeta cujo interior é constituído por diversas camadas com temperaturas mais baixas à medida que se aproxima da superfície. 

Uma dessas partes é seu núcleo externo formado por ferro e níquel fundidos no qual está mergulhado um “caroço” sólido de ferro.

Terra – Visão Geral – Nasa

Consequente ao fato de possuir um núcleo metálico e um movimento de rotação, já que a Terra gira em torno de seu eixo, cargas elétricas em movimento acabam por gerar um magnetismo próprio do planeta.

Esse magnetismo tem origem num Campo Magnético bastante complexo e não é o objetivo dessa página entrar em seus detalhes mais sofisticados. Apesar disso pode-se simplificá-lo de maneira que suas principais propriedades não sejam afetadas.

Pode-se imaginá-lo como um grande ímã em barra cujos polos se encontram em extremos opostos do planeta, próximos dos polos geográficos.

Uma representação desse campo, pode ser visualizada na arte abaixo.

Na figura estão representadas as linhas de campo magnético e também a representação de uma bússola, indicando a direção dos polos magnéticos do planeta.

Abaixo dois simuladores simulador com os quais você pode entender melhor sobre o campo magnético da Terra e sobre campos magnéticos formados por ímãs.

Campo Magnético de um ímã

Campo Magnético Gerado pela Terra

O campo magnético da Terra teve papel crucial no surgimento da vida na Terra. Graças às propriedades relacionadas às forças magnéticas envolvidas,  partículas provenientes de explosões solares, interagem de tal modo que poderiam acarretar no desaparecimento da atmosferas da Terra, o que prejudicaria o aparecimento de muitas das formas de vida que hoje existem.

Por conta das reações nucleares ocorridas no interior do Sol, milhões de toneladas de matéria são lançadas no espaço. Essa matéria com grande velocidade, poderia ter efeitos catastróficos sobre a vida na Terra, não fosse a contribuição do seu campo magnético.

Viajando a grandes velocidades, esse material proveniente do Sol, facilmente arrancaria a atmosfera do planeta Terra, deixando a vida exposta à radiação ultravioleta.

Para saber um pouco mais sobre esse assunto, assista o vídeos sugeridos abaixo.

O vídeo a seguir trata de um fenômeno associado às Auroras, para saber mais, assista-o

O vídeo a seguir é um documentário de maior duração, com mais informação e detalhamento. Também segue como sugestão de complementação.