O magnetismo é uma das áreas da Física mais fascinantes até mesmo para leigos. O simples fenômeno de uma bússola deixa as pessoas interessadas na “magia” que rege a agulha desse instrumento.
Na antiga Grécia os filósofos já falavam sobre “maravilhosas” propriedades de uma pedra que teria uma “alma” que seria de origem divina. A primeira referência sobre essa pedra diz que um pastor chamado Magnes, encontrou uma pedra que tinha essa “propriedade divina”. Daí vem a origem no nome desse mineral, Magnetita. Outros relatos refutam essa informação e dizem que, na verdade a primeira descoberta desse material foi feito em uma região da Turquia conhecida como Magnesia.
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Qualquer que seja a verdade, na época da descoberta o conhecimento era domínio dos filósofos animistas e, mais tarde pelos filósofos mecanicistas. Essas ideias (superstições metafísicas) formaram a base de quase todo pensamento científico até o renascimento. Mesmo assim, nessa época surgiu a primeira aplicação científica do material, a bússola.
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O relato sobre o surgimento da bússola tem vária fontes diferentes e seu surgimento vai desde textos que citam 1100 AC na China até textos que relatam o surgimento em 1637 DC na Espanha. A única coisa que podemos afirmar é que já no século XIV ela já era bastante usada. Em 1600, William Gilbert escreveu o primeiro tratado sobre magnetismo,
“De Magnete”. Essa publicação fez com que Gilbert seja considerado o pai do Magnetismo. Talvez o fato mais interessante registrado por ele seja a afirmação que a Terra é um grande magneto.
Descarte publicou a primeira teoria que eliminava a ideia de “efluvia”, que significa emanações e passou a atribuir o conceito de partes “enroscada” que penetram em “canais” existentes nos magnetos e na Terra, e esses vão de um polo ao outro. Essa é a origem da ideia de polos. Até o período situado entre 1600 e 1700, o pensamento metafísico passou
a ser substituído pela matemática e o método científico começou a surgir com Galileu, Newton dentre outros. Nesse mesmo período, mais especificamente em 1750, Coulomb estabelecia a teoria da Eletricidade.
Pouco depois, já no início de 1800, Oersted apresenta os princípios da eletrodinâmica, É nesse período que surgem também Biot, Savart, Arago, Weber e Ampere (introduziu o conceito de campo magnético) e seus estudos levaram a ideia de que o magnetismo era resultado de correntes microscópicas.
Ainda na contribuição para o progresso do estudo do eletromagnetismo, no final do século XIX, surgem dois grandes gênios, Faraday e Maxwell.
Faraday era um cientista teórico e foi o primeiro a utilizar o campo magnético além de ter feito várias contribuições, principalmente com a lei da indução e a caracterização dos materiais segundo seu comportamento magnético.
Todas essas deduções e definições foram feitas sem que Faraday tivesse escrito uma única equação.
Todo o equacionamento das descobertas de Faraday ficou a cargo do outro gênio, Maxwell. Além de equacionar os conceitos de Faraday, ele deu toda a base da eletrodinâmica.
Os estudos sobre eletromagnetismo seguiram progredindo e em seguida veio a descoberta de Thompson, o elétron e depois a descoberta do efeito
Zeeman.
Todas essas descobertas começaram a evidenciar as inconsistências da física clássica.
Pierre Curie, baseado nos conhecimentos da termodinâmica, iniciou os seus estudos sobre as propriedades termodinâmicas das substâncias. A famosa lei de Curie pode ser explicada teoricamente por Langevin com modelos clássicos e a estatística de Maxwell-Boltzmann.
Com o surgimento da mecânica quântica, no século XX, tornou-se possível o entendimento do magnetismo. Atingindo esse entendimento, o desenvolvimento da mecânica estatística e da termodinâmica quântica, foram facilitados principalmente quanto aos fenômenos cooperativos.
Do ponto de vista clássico, duas importantes contribuições surgiram: Primeiramente o surgimento da teoria moderna do magnetismo com o conceito de campo molecular de Weiss e a famosa lei de Curie-Weiss, que foi seguida pela maioria dos sistemas magnéticos, mesmo que o valor do campo molecular não tivesse explicação clássica.
Em segundo lugar veio o Teorema de Van Leeuwen que dizia “Classicamente a qualquer temperatura, campos magnéticos e elétricos, a magnetização total de um conjunto de elétrons em equilíbrio térmico é identicamente nula”, demonstrado e utilizando-se as equações de Máxwell e a estatística de Boltzmann. Isso significa que a física clássica não pode ser explicada pela física clássica mas sim pela física quântica.
A mecânica quântica antiga foi capaz de explicar a origem dos momentos magnéticos atômicos com o modelo de Bohr. Ela estabeleceu a unidade fundamental do momento magnético, o magneton do Bohr que é dado pela equação:
A nova Mecânica Quântica com as fórmulas de odulatória de Schrödinger e s fórmulas matriciais de Heisenberg e finalmente a formulação relativista de Dirac foram responsáveis por estabelecer uma base que teve uma aplicação de sucesso em sólidos e na mecânica estatística.
Baseados nesses conceitos, Pauli, Heisenberg e Dirac descreveram o spin do elétron com g=2, o ferromagnetismo e a origem do campo de
Weiss com a interação de troca 𝑆𝑖. 𝑆𝑗.
Transcorreram mais 4 anos e nesse tempo, Hartree, Fock, Heitler, London, Slater, Van Vleck e outros cientistas foram capazes de calcular a nível atômico e molecular e solucionar quase todos os problemas
pendentes como dados espectroscópicos, as regras de Hund, os momentos magnéticos dos átomos e ions, o efeito Zeeman, e outras.
Em seus estudos, Weiss explicou, em nível macroscópico, o porquê do ferro não ser magnético no seu estado natural. Além disso, explicou a curva de histerese magnética utilizando o movimento das paredes de domínio que posteriormente foi confirmado na experiência realizada por Barkhousen.
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