Discussão sobre a realidade: Electromagnetismo

Discussão sobre a realidade: Eletromagnetismo

Introdução

A teoria do eletromagnetismo em seu primórdio estudou a interação entre cargas, onde estas servem como fontes de campo elétrico que afetam outras cargas, assim como o fato de correntes produzirem campo magnético. Posteriormente foi verificado que a variação de campo elétrico produzia campo magnético, assim como o contrário. De fato, o desenvolvimento do eletromagnetismo foi de suma importância para a história da física, pois unificou magnetismo, eletricidade com a ótica. Porém entrou em conflito com alguns conceitos da mecânica newtoniana, o que propiciou o desenvolvimento da teoria da relatividade. Assim como qualquer outra teoria que tenta explicar fenômenos observáveis, a teoria eletromagnética postula leis utilizando novos conceitos embasados matematicamente e que descrevem o que é observado de forma correta, porém pode-se atribuir realidade à estes novos conceitos? Ou deve-se tomá-los apenas como ferramentas linguísticas e matemáticas? Desta forma, neste trabalho busca-se discutir a realidade dos entes postulados pelo eletromagnetismo.

Campo Elétrico

De onde surge o conceito de campo elétrico? Supondo que uma carga puntiforme seja colocada próxima à outra carga puntiforme esta última poderá repelir ou atrair a carga de prova de acordo com os seus valores, isto é, se ambas as cargas possuírem carga elétrica de mesmo sinal irão se repelir e caso possuam valor diferente, irão se atrair.

Muitos teóricos tentaram explicar estes fenômenos através da lei de forças, entre estes Coulomb, que através de experimentos obteve resultados que expressou de acordo com a seguinte fórmula:

                                                      [pic 1]

Esta lei está de acordo com a terceira lei newtoniana, dado que a força que a segunda carga realiza na primeira é igual em módulo à força que a primeira lhe causa. De fato, a lei coulomb se assemelha com a teoria do campo gravitacional, desta forma a força que uma carga sente é proporcional ao seu valor multiplicado pelo campo elétrico formado pelos outas cargas próximas. Porém ao postular este campo elétrico surgem diversos questionamentos: este campo se propaga de forma semelhante ao até então já conhecido campo hidrodinâmico, isto é, ele possui um meio pelo qual se propaga? Como ele age sobre a carga de prova? Enfim, este campo possui realidade? Por um longo tempo para sustentar a teoria do campo elétrico muitos defendiam a existência do éter, este seria o meio pelo qual o campo elétrico se propagaria, posteriormente esta hipótese foi refutada por experimentos. Pode-se tomar a teoria da propagação do campo elétrico através do éter como um ótimo exemplo de como nem sempre os conceitos teorizados possuem uma realidade, mas apenas satisfazem de certa forma os fenômenos estudados.

A questão de como o campo elétrico age sobre uma carga de prova é tratada de duas maneiras distintas, uma delas é considerar que caso a fonte de um campo elétrico deixe de existir a carga de prova sentiria instantaneamente o campo elétrico sumindo; a outra delas é tratar é considerar a localidade espaço temporal, isto é, o campo elétrico que uma carga sente em um dado instante de tempo seria o campo retardado, em outras palavras este campo seria o campo produzido pela configuração de cargas de um tempo posterior dado que a propagação ocorre à uma velocidade finita. Comumente o campo elétrico é aceito como possuindo realidade, até por isso é possível questionar-se como sua propagação ocorre ou como ele age sobre a carga de prova, não faria sentido tais perguntas se o campo elétrico fosse apenas um conceito teórico. Assim o campo elétrico não só descreve eficientemente o fenômeno de interação entre cargas como possui uma realidade, esta realidade pode ser verificada através de experimentos.

Campo Magnético

Fenômenos magnéticos já eram conhecidos desde a Grécia Antiga, porém não havia muito conhecimento de como ele ocorria, ou o porquê. A dificuldade do estudo do campo magnético se deve ao fato dele não possuir monopólios. Mas como ele surge? O campo magnético é produzido por cargas em movimento, isto é, por uma corrente elétrica que atravessa um circuito.

De modo análogo ao campo elétrico o campo magnético provoca uma força, porém as cargas de prova devem estar em movimento, logo a força magnética é proporcional a carga e a sua velocidade. Esta foça não realiza trabalho pois sua velocidade é perpendicular. No caso de uma corrente elétrica que produz um campo magnético em um circuito fechado pode-se obter o campo magnético pela lei de Ampère, enquanto que ao tratar a intensidade da corrente como estacionária em um circuito fechado utiliza-se a equação de Biot Savart.

Porém independentemente da forma que se calcula o campo magnético, este assim como o campo elétrico possui atributos que contribuem para ser considerado como um campo físico real, além do fato de descrever de forma satisfatória os fenômenos magnéticos observáveis o campo magnético possuí suporte experimental para que seja considerado real.

Potenciais

Devido a conservação do campo elétrico, surge o conceito de potencial elétrico que representa o trabalho por unidade de carga necessário para trazer a carga de prova do infinito até uma certa distância, quando expresso na forma do laplaciano facilita o cálculo do campo elétrico. Porém será que este potencial possui uma realidade, ou é postulado apenas para facilitar o cálculo do campo elétrico? Para a comunidade científica o potencial elétrico não possui muita importância, pois o que de fato determina o campo elétrico é a variação do potencial elétrico e não o potencial em si, isto ocorre pois pode ser acrescentado qualquer função cujo gradiente seja zero sem interferir no campo elétrico. Desta forma, não é atribuído uma realidade para o potencial elétrico, mas este é tratado apenas como uma ferramenta extremamente útil para o cálculo do campo elétrico.

De forma semelhante é definido o potencial para o campo magnético, porém ao contrário do potencial do campo elétrico que é escalar, o potencial do campo magnético é um vetor. Em alguns contextos o potencial vetor é interpretado como momento por unidade de carga, semelhante a força newtoniana.

O potencial vetor não importa em si para determinar o campo magnético, mas sim a sua variação, assim como no caso do campo elétrico, qualquer função cujo rotacional seja nulo pode ser somada ao potencial vetor sem que afete o campo magnético. Porém isto ocorre apenas na visão clássica, na mecânica quântica o potencial vetor é visto como algo real, de acordo com as notas de aulas de eletromagnetismo [5]:

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