O que é um campo magnético

Muito se fala sobre ele, mas você sabe exatamente o que é o campo magnético da Terra? Nosso planeta é um grande ímã e esse é um fator crucial para a vida como a conhecemos prosperar. Os cientistas ainda estão estudando o que forma as linhas de campo magnético, mas a ideia mais aceita é conhecida como Teoria do Dínamo, que descreve como o movimento do núcleo cria o magnetismo.

Um campo magnético é uma grandeza física diretamente ligada à movimentação das cargas elétricas — essa é uma das leis mais importantes da física. Sempre que houver uma carga elétrica em movimento, haverá um campo magnético.

Isso implica que esses campos estão presentes em todos os lugares, seja em pequena ou em grande escala. Afinal, todos os elétrons estão em constante movimento ao redor do núcleo atômico e, como possuem carga negativa, essa movimentação gera um campo magnético.

Em outras palavras, todos os átomos são “mini ímãs”, pois seus elétrons sempre estarão em movimento. Mas há outras formas de criar um campo magnético, que é através de uma corrente elétrica — a mesma que está presente nas tomadas domésticas.

Um fio elétrico, quando ligado a um aparelho em funcionamento (isto é, quando a corrente elétrica está em movimento), gera seu próprio campo magnético. Ele é muito fraco para atrair objetos ferromagnéticos (feitos de materiais que se atraem por magnetismo, como o ferro).

Ainda assim, o campo magnético em um fio com corrente elétrica é útil para criar eletroímãs, por exemplo. Ao enrolarmos o fio (bobina) em uma barra de ferro e fazermos a corrente elétrica se movimentar, os átomos do ferro se alinham ao campo magnético gerado pela bobina. Assim, o ferro se torna um ímã, ao menos temporariamente.

Para criar um ímã (permanente ou não), tudo o que precisamos fazer é alinhar todos os átomos na mesma direção. Lembra que átomos são mini-ímãs? Isso significa que eles possuem polos norte e sul, e tendem a se alinhar — mas isso depende do tipo de material.

Em certos materiais, os átomos estão organizados de maneira tão rígida que não podem se alinhar. Em outros, como ferro e níquel, essa organização é muito mais maleável porque os elétrons orbitam o núcleo em uma distribuição que gera um campo magnético especialmente forte.

Assim, se aproximarmos um ímã suficientemente forte de uma barra de ferro, os campos magnéticos dos átomos de ferro se alinharão ao campo magnético do ímã, apontando para a mesma direção. Os átomos formarão um “Megazord” chamado domínio magnético, que possuirá um polo norte e um polo sul.

A Terra possui um campo magnético graças a um efeito de dínamo. O núcleo líquido de ferro que se movimenta cria correntes elétricas, enquanto a rotação da Terra em seu próprio eixo faz com que essas correntes gerem um campo magnético gigante.

Com isso, a Terra tem polos norte e sul magnéticos, embora eles não coincidam com os polos geográficos. Além disso, os polos magnéticos da Terra geralmente se movem, devido à atividade muito abaixo da superfície da Terra. Esse deslocamento é registrado em rochas que se formam quando o magma é expelido pela crosta terrestre e se derrama como lava.

O material da lava possui campo magnético atômico altamente maleável, por isso, à medida que ela esfria e se torna rocha sólida, os átomos são alinhados com o campo magnético da Terra. É assim que cientistas usam essas rochas para descobrir a posição do campo magnético da Terra há milhares de anos.

Também acontece em algumas ocasiões a inversão dos polos magnéticos do planeta, o que foi descoberto analisando essas rochas antigas. Mas o campo magnético da Terra não se move rapidamente com frequência, por isso ele é importante para as pessoas se orientarem por bússolas (que apontam para o polo magnético, e não geométrico).

Como o campo magnético da Terra nos protege

O campo magnético da Terra domina a região da magnetosfera, que envolve o planeta e sua atmosfera. Isso é importante para bloquear as partículas carregadas do Sol, enviadas pelo vento solar, que pode prejudicar a camada de ozônio e os componentes eletrônicos, além das correntes elétricas nas cidades.

As partículas carregadas (essencialmente, íons positivos, ou núcleos atômicos que tiveram seus elétrons pelo calor solar) viajam em direção ao nosso planeta, principalmente após algum evento estremo na superfície do Sol, como uma erupção solar.

Quando chegam à magnetosfera Terra, os íons empurram o campo magnético no lado do planeta voltado para o Sol, são conduzidas por este campo de modo que dão a volta pelos polos, e estica o campo magnético num formato de lágrima no lado da sombra. Esse evento é conhecido como tempestade solar.

Às vezes, algumas partículas de vento solar “escapam” dessa “armadilha”, e atingem átomos de gás na atmosfera superior ao redor dos polos magnéticos. Isso faz com que as auroras sejam produzidas no céu acima de lugares como Alasca, Canadá e Escandinávia.

Nem todos os planetas possuem um campo magnético, como é o caso de Marte. Os cientistas cogitam que isso se deve ao fato de não haver um núcleo de ferro líquido no Planeta Vermelho, e que esse foi um dos fatores pelos quais a atmosfera marciana escapou para o espaço.

Sentindo o campo magnético: o que é magnetorecepção

Alguns animais podem “sentir” o campo magnético, como as abelhas, tubarões e pássaros, e de fato se orientam através dele para se locomover, se alimentar e voltar para seus lares. Isso nos mostra o quando a importância do campo magnético vai muito além da proteção contra as partículas carregadas do Sol.

A capacidade de “sentir” o campo magnético é conhecido como magnetorecepção, e cada espécie mencionada possui seu próprio sistema capaz de detectar o magnetismo. Isso pode ser explicado pelo simples fato de os seres vivos conviverem com o campo eletromagnético desde sua origem na Terra.

Um estudo publicado por pesquisadores brasileiros em 2009 no Journal of the Royal Society Interface mostrou que a influência do campo geomagnético da Terra sobre a orientação dos animais incluem uma determinada espécie de formiga migratória, graças às quantidades de partículas magnéticas em suas antenas.

Pouco se sabe sobre os mecanismos que conectam a magnetorecepção ao sistema nervoso central de animais, mas estudos mostraram que o fenômeno também afeta seres humanos. Afinal, nosso cérebro é cheio de neurônios que produzem cargas elétricas, ou seja, está suscetível à magnetização.

O estudo sobre a magnetorecepção em seres humanos foi aprofundado em 2019, quando cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) publicaram um estudo mostrando que as pessoas poderiam, sim, ser afetadas pelo campo magnético da Terra — mais que isso, interpretar, de alguma maneira — mesmo sem perceber.

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O campo magnético pode ser entendido como uma região do espaço onde as cargas elétricas em movimento estão sujeitas à ação de uma força magnética, capaz de mudar as suas trajetórias. Em outras palavras, pode-se dizer que ele é resultado da movimentação de cargas elétricas. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de medida de campo magnético é o Tesla (T), em homenagem ao inventor, engenheiro eletrotécnico, engenheiro mecânico e futurista sérvio Nikolas Tesla.

Por ser uma unidade de medida vetorial, o campo magnético apresenta as propriedades módulo, direção e sentido. Além disso, vale ressaltar que esse tipo de campo pode ser produzido por ímãs naturais e artificiais, feitos com fios, espiras e bobinas condutoras.

Ímãs

Os ímãs têm a propriedade de atrair objetos de ferro. De acordo com estudos, esse fato foi observado pela primeira vez com um minério de ferro em uma região da Grécia antiga chamada Magnésia. O minério recebeu o nome de magnetita, e o ramo da Física que estuda os fenômenos relacionados à interação de corpos magnetizados foi chamado de Magnetismo.

Considere um ímã em forma de barra em contato com limalha de ferro. Esses fragmentos aderem ao ímã mais acentuadamente nas regiões extremas, chamadas de polos do ímã. Ao suspender um ímã pelo seu centro de gravidade, observa-se que ele se orienta aproximadamente na direção norte-sul geográfica. O polo voltado para o Norte geográfico recebe o nome de polo norte do ímã; o polo voltado para o Sul geográfico é chamado de polo sul do ímã.

Quando aproximamos o polo norte de um ímã do polo norte de outro ímã, ocorre repulsão entre eles. O mesmo acontece quando aproximamos dois polos sul. Já quando aproximamos o polo norte de um ímã do polo sul de outro ímã, ocorre atração entre eles. Assim, pode-se dizer que polos de um mesmo nome se repelem e polos de nomes distintos se atraem.

Campo magnético da Terra

Como dito anteriormente, quando suspenso pelo seu centro de gravidade, um ímã se orienta aproximadamente na direção norte-sul geográfica. O fato de o polo norte do ímã se voltar para o Norte geográfico e o polo sul do ímã se voltar para o Sul geográfico sugere que a Terra se comporta como um enorme ímã, com o polo magnético sul localizado nas imediações do Norte geográfico e o polo magnético norte localizado nas imediações do Sul geográfico.

A presença de íons no conteúdo magnético do núcleo terrestre e sua rotação originam um campo magnético tridimensional, que passa por todo o planeta e protege a nossa atmosfera, impedindo que ela seja varrida pelas partículas emitidas pelo Sol, conhecidas como vento solar.

As linhas do campo magnético são fechadas, nunca se cruzam, e quanto mais próximas estiverem, maior será a intensidade do campo magnético naquela região. Além disso, o local de onde saem as linhas de indução recebe o nome de norte magnético, e o local em que essas linhas de indução imergem é chamada de sul magnético.

Inversão do campo magnético da Terra

A inversão do campo magnético da Terra, também chamada de inversão geotérmica, é a mudança de orientação do campo magnético terrestre de tal forma que o Norte e o Sul magnéticos são invertidos. Durante a mudança, há um declínio da intensidade do campo magnético, que se recupera rapidamente após a nova orientação ser estabelecida. Estudos afirmam que esse evento costuma ocorrer em uma escala de tempo de dezenas de milhares de anos, sendo extremamente prejudicial para a vida na Terra.

A última inversão do campo magnético da Terra ocorreu há aproximadamente 42 mil anos e gerou graves consequências para o planeta, como destruição da camada de ozônio, tempestades elétricas que varreram os trópicos, ventos solares que causaram auroras boreais, invasão da América do Norte pelo ar ártico, aumento do tamanho das geleiras e mudanças dos padrões climáticos.

Durante a ocorrência desses eventos, a vida na Terra foi exposta a uma grande quantidade de luz ultravioleta. No último deles, os Neandertais e a megafauna foram extintos, enquanto os seres humanos modernos ficaram dentro de cavernas para se proteger. Para saber mais sobre esse tema, acesse a matéria “Entenda como ocorre a inversão dos polos magnéticos da Terra”.