Ímãs

32.17 Saber que o campo magnético da Terra é aproximadamente o campo de um dipolo magnético e ainda

conhecer a localização no polo norte geomagnético.

32.18 Saber o que é a declinação e o que é a inclinação do campo magnético terrestre.

Ideias-Chave

• O campo magnético da Terra é aproximadamente o campo de um dipolo magnético cuja direção não é exatamente a mesma do eixo de rotação e cujo polo magnético sul está no Hemisfério Norte. • A orientação local do campo magnético terrestre é dada pela declinação do campo (ângulo para a direita ou para a esquerda em relação à direção do polo norte geográfico) e pela inclinação do campo (ângulo para cima ou para baixo em relação à horizontal).

Ímãs

Os primeiros ímãs permanentes que a humanidade conheceu foram pedaços de magnetita, um mineral que se magnetiza espontaneamente. Quando os gregos e chineses antigos descobriram essas pedras raras, ficaram surpresos com a capacidade que elas exibiam de atrair, como que por mágica, pedacinhos de metal. Muito mais tarde, usaram a magnetita (e pedaços de ferro magnetizados artificialmente) para construir as primeiras bússolas.

Hoje em dia, ímãs e materiais magnéticos estão presentes em toda parte. As propriedades magnéticas são causadas, em última análise, por átomos e elétrons. O ímã barato que você usa para prender um bilhete na porta da geladeira, por exemplo, deve sua atração a efeitos quânticos associados às partículas atômicas e subatômicas que compõem o material. Antes de estudar as propriedades dos materiais magnéticos, porém, vamos falar um pouco do maior ímã que existe em nossas vizinhanças, que é a própria Terra.

O Magnetismo da Terra

A Terra é um grande ímã; em pontos próximos da superfície terrestre, o campo magnético se assemelha ao campo produzido por um gigantesco ímã em forma de

barra (um dipolo magnético) que atravessa o centro do planeta. A Fig. 32-8 é uma representação idealizada desse campo dipolar, sem a distorção causada pelo vento solar.

Figura 32-8 O campo magnético da Terra representado como o campo de um dipolo. O eixo do dipolo, MM o , faz um ângulo de 11,5 com o eixo de rotação da Terra, RR. O polo sul do dipolo está no Hemisfério Norte.

Como o campo magnético da Terra é o campo de um dipolo magnético, existe um momento dipolar magnético μ associado ao campo. No caso do

campo idealizado da Fig. 32-8, o módulo de é 8,0 × 1022 J/T e a direção de faz um ângulo de 11,5o com o eixo de rotação da Terra. O eixo do dipolo (MM na

Fig. 32-8) tem a mesma direção que e intercepta a superfície da Terra no polo norte geomagnético, situado no noroeste da Groenlândia, e no polo sul geomagnético, situado na Antártica. As linhas do campo magnético emergem no Hemisfério Sul e penetram na Terra no Hemisfério Norte. Assim, o polo magnético que está situado no Hemisfério Norte e é chamado de “polo norte magnético” é na verdade o polo sul do dipolo magnético da Terra.

A orientação do campo magnético em um ponto qualquer da superfície da Terra é normalmente especificada por dois ângulos. A declinação do campo é o ângulo (à esquerda ou à direita) entre o norte geográfico (isto é, a direção da latitude 90o) e a componente horizontal do campo. A inclinação do campo é o ângulo (para cima ou para baixo) entre um plano horizontal e a direção do campo.

Medição. Instrumentos chamados magnetômetros são usados para medir esses ângulos e determinar o módulo do campo com alta precisão. Entretanto, é possível descobrir qual é a orientação local do campo magnético terrestre usando dois instrumentos simples, a bússola e a bússola de inclinação. A bússola é simplesmente um ímã em forma de agulha que é montado de modo a poder girar livremente em torno de um eixo vertical. Quando a bússola é mantida em um plano horizontal, o polo norte da agulha aponta para o polo norte geomagnético (que, como vimos, é na verdade o polo sul magnético). O ângulo entre a agulha e o norte geográfico é a declinação do campo. A bússola de inclinação é um dispositivo semelhante no qual a agulha pode girar livremente em torno de um eixo horizontal. Quando o plano vertical de rotação está alinhado com a direção da bússola, o ângulo entre a agulha do instrumento e a horizontal é a inclinação do campo.

Em um ponto da superfície da Terra, o campo magnético medido pode diferir apreciavelmente, tanto em módulo como em orientação, do campo dipolar

ideal da Fig. 32-8. Na verdade, o ponto do Hemisfério Norte no qual o campo é perpendicular à superfície da Terra não é o polo norte geomagnético na costa da Groenlândia, como seria de se esperar; o chamado polo norte de inclinação está situado nas Ilhas Queen Elizabeth, no norte do Canadá, a uma grande distância da Groenlândia.

Além disso, o campo medido em um determinado local muda com o tempo. Essa variação é pequena em intervalos de alguns anos, mas atinge valores consideráveis em, digamos, centenas de anos. Entre 1580 e 1820, por exemplo, a direção indicada pela agulha das bússolas em Londres variou de 35o.

Apesar dessas variações locais, o campo dipolar médio muda muito pouco em intervalos de tempo da ordem de centenas de anos. Variações em intervalos mais longos podem ser estudadas medindo o magnetismo das rochas no fundo do

mar dos dois lados da Cordilheira Mesoatlântica (Fig. 32-9). Nessa região, o magma proveniente do interior da terra chegou ao fundo do mar por uma fenda, solidificou-se e foi arrastado longe da fenda (pelo deslocamento das placas tectônicas) à taxa de alguns centímetros por ano. Ao se solidificar, o magma ficou fracamente magnetizado, com o campo magnético orientado na direção do campo magnético da Terra no momento da solidificação. O estudo da magnetização do magma a diferentes distâncias da fenda mostrou que o campo magnético da Terra tem mudado de polaridade mais ou menos a cada milhão de anos, com o polo norte magnético se transformando em polo sul, e vice-versa. A causa dessas inversões não é conhecida. Na verdade, o próprio mecanismo responsável pelo campo magnético da Terra ainda não foi muito bem esclarecido.