Magnetismo

Por trás da regra dos polos está a origem microscópica do magnetismo: cada elétron possui um momento magnético de spin e, nos materiais ferromagnéticos (ferro, níquel, cobalto e ligas como o aço), esses momentos se alinham espontaneamente em regiões chamadas domínios magnéticos. Quando um material está desmagnetizado, os domínios apontam em direções aleatórias e seus efeitos se cancelam macroscopicamente, mas, ao aproximarmos um ímã permanente, os domínios tendem a se alinhar com o campo externo — é isso que explica o magnetismo induzido de um clipe de aço que "cola" em um ímã, mesmo sem ser ímã permanente, e que pode virar um ímã fraco enquanto durar essa orientação.

Esse alinhamento, porém, não é eterno: choques mecânicos, aquecimento e campos externos intensos conseguem desorganizar os domínios, fazendo o ímã perder ou inverter sua imantação; um ímã comum aquecido acima da temperatura de Curie (cerca de 770 °C para o ferro) perde completamente o ferromagnetismo, pois a agitação térmica vence a tendência de alinhamento, e, ao resfriar, ele só retomará magnetização na presença de um campo externo ou em um reaquecimento sob campo.

Para além da definição vetorial, vale entender o que as linhas de indução representam fisicamente: elas são um recurso para visualizar a intensidade e a direção do campo, pois onde estão mais próximas o campo é mais intenso, e onde estão mais afastadas ele é mais fraco — por isso a densidade de linhas cai com o quadrado da distância em um dipolo. O campo magnético surge de duas fontes fundamentais: cargas em movimento (corrente elétrica) e materiais magnetizados, e sua ação sobre cargas é dada pela força de Lorentz, $\vec{F} = q\vec{v} \times \vec{B}$, enquanto sobre um condutor reto de comprimento $L$ percorrido por corrente $i$ vale $\vec{F} = i\vec{L} \times \vec{B}$.

Como exemplo concreto, considere um fio retilíneo longo percorrido por corrente: as linhas de indução formam circunferências concêntricas ao redor do fio, no plano perpendicular a ele, com sentido dado pela regra da mão direita, e o módulo do campo a uma distância $r$ é $B = \frac{\mu_0 i}{2\pi r}$. Já no interior de um solenoide ideal, as linhas são praticamente paralelas e igualmente espaçadas, indicando campo uniforme de módulo $B = \mu_0 n i$, com $n$ o número de espiras por unidade de comprimento.

Para entender de verdade o campo magnético terrestre, comece pensando na origem: no núcleo externo, a enormes profundidades, ferro e níquel fundidos estão em constante movimento, e esse fluido condutor girando gera correntes elétricas que, por sua vez, produzem o campo magnético — é o chamado efeito dínamo. Um detalhe que confunde muita gente: o polo sul magnético está próximo do norte geográfico, e é justamente por isso que o polo norte da bússola (o lado que aponta para o norte geográfico) é atraído para lá, já que polos de nomes opostos se atraem. As linhas de campo saem do polo sul magnético e entram no polo norte magnético, e ao longo do equador elas ficam praticamente paralelas à superfície, enquanto nos polos entram quase verticalmente — essa diferença é medida pela inclinação magnética.

Já o ângulo entre o norte geográfico e o norte magnético apontado pela bússola é a declinação magnética, que varia de região para região e precisa ser corrigida em navegação e cartografia.