Campos magnéticos e linhas de campo

O campo da Terra na superfície é de cerca de 25 a 65 microteslas; o campo dentro de um solenoide de ressonância magnética hospitalar é dezenas de milhares de vezes mais forte.

Um mapa das forças

Um ímã empurra ou puxa outro sem tocá-lo. Para descrever essa ação à distância, os físicos representam o espaço ao redor de um ímã por um campo magnético, o campo B. Em cada ponto, o campo tem direção, sentido e intensidade. Uma pequena bússola define a orientação: o campo aponta para onde aponta a extremidade norte da agulha. A bússola é pequena o bastante para não perturbar o campo que mede.

Coloque bússolas ao redor de um ímã de barra e una as direções que elas indicam: você terá linhas de campo. A OpenStax resume quatro regras. Primeiro, o campo em um ponto é tangente à linha naquele local, de modo que a bússola se alinha com ela. Segundo, a intensidade aparece no espaçamento: linhas próximas indicam um campo forte. Terceiro, as linhas nunca se cruzam, pois o campo tem uma única orientação em cada ponto. Quarto, elas formam curvas fechadas, sem começo nem fim: fora do ímã, vão do polo norte ao sul; por dentro, continuam do sul de volta ao norte.

Linhas de campo são um recurso de desenho, não fios no espaço. Mas você pode ver seu padrão espalhando limalha de ferro sobre uma folha de papel colocada sobre um ímã. Cada fragmento se torna um minúsculo ímã e gira para se alinhar ao campo. Assim, a limalha se organiza em curvas que acompanham as linhas.

Medindo a intensidade do campo: o tesla

A unidade SI da intensidade do campo magnético é o tesla (T). Um tesla é um campo forte: um fio de 1 m com corrente de 1 A, perpendicular a um campo de 1 T, sofre uma força de 1 N; portanto, 1 T = 1 N/(A·m). Os campos do dia a dia são muito menores. Por isso, é comum usar microteslas (μT, milionésimos de tesla) e nanoteslas (nT, bilionésimos). Uma unidade mais antiga, o gauss, ainda é comum na geologia e nos rótulos de ímãs: 1 gauss = 10⁻⁴ T = 100 000 nT.

Alguns valores de referência ajudam. Os Centros Nacionais de Informação Ambiental da NOAA indicam um campo terrestre na superfície de aproximadamente 25 000 a 65 000 nT, ou 25 a 65 μT, ou ainda 0.25 a 0.65 gauss. A OpenStax costuma arredondá-lo para 5.0 × 10⁻⁵ T, 50 μT. Seus exemplos resolvidos usam 1.50 T para um ímã forte de laboratório e 2.01 T dentro de um grande solenoide, do tipo usado em aparelhos de ressonância magnética. Isso equivale a cerca de 40 000 vezes o campo da Terra.

Dois ímãs: os campos se somam

Quando dois ímãs estão próximos, o campo em qualquer ponto é a soma dos dois campos, somados como setas. Coloque um polo norte diante de um polo sul e as linhas atravessam diretamente o espaço entre eles, de um ímã ao outro; o campo nesse espaço é forte, e os ímãs se atraem. Coloque dois polos norte frente a frente e as linhas de cada um se desviam para os lados. Elas saem lateralmente desse espaço e, no ponto médio entre os polos, os dois campos se anulam. Uma bússola colocada exatamente ali não tem uma orientação preferencial, e apenas o fraco campo terrestre a orienta.

Essa mesma soma explica por que uma bússola sobre uma mesa pode enganar você. A estrutura de aço da mesa, o ímã de um alto-falante ou a corrente em uma fiação próxima produz seu próprio campo. Perto deles, esse campo pode ser mais forte que os 25 a 65 μT da Terra. A agulha passa a apontar na direção do campo total, não para o norte. Mantenha a bússola longe de objetos metálicos e equipamentos elétricos quando quiser uma leitura confiável.