Fisica3 (Eletromagnetismo)

EQ UAÇÕES DE MAXWELL; MAG ETIS
O
Apesar dessas variações locais, o campo dipolar médio muda muito pouco em
pequenos intervalos de tempo. Variações em períodos 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 através de uma fenda, solidificou-se e foi puxado para 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.
32-7 O Magnetismo e os Elétrons
Os materiais magnéticos, da magnetita aos ímãs de geladeira, são magnéticos por causa
dos elétrons que contêm. Já vimos uma das formas pelas quais os elétrons podem
gerar um campo magnético: quando os elétrons se deslocam em um fio na forma de
uma corrente elétrica, o movimento produz um campo magnético em torno do fio.
Os elétrons podem produzir campos magnéticos através de dois outros mecanismos,
ambos relacionados a momentos dipolares magnéticos. Para explicá-los com detalhes,
porém, seria preciso usar conceitos de física quântica que vão além dos objetivos a
que este livro se propõe; por isso, apresentaremos apenas os resultados.
Momento Dipolar Magnético de Spin
Um elétron possui um momento angular intrínseco conhecido como momento angular
de spin ou simplesmente spin, representado pelo símbolo S. Associado a esse
spin, existe um momento dipolar magnético de spin, representado pelo símbolo
fls· (O termo intrínseco é usado para indicar que S e µ, são propriedades básicas de
um elétron, como a massa e a carga elétrica.) Os vetores S e fls estão relacionados
através da equação
e ....
t1-s = - - S,
m
(32-22)
em que e é a cargaelementar(l,60 X 10- 19 C) e mé a massa do elétron (9, 11 X 10- 31 kg).
O sinal negativo significa queµ, e S têm sentidos opostos.
O spin S é diferente dos momentos angulares do Capítulo 11 sob dois aspectos:
1. O spin S não pode ser medido; entretanto, sua componente em relaç~o a qualquer
eixo pode ser medida.
2. A componente medida de S é quantizada, um termo geral que significa que a
grandeza pode assumir apenas certos valores. A componente medida de S pode
assumir apenas dois valores, que diferem apenas quanto ao sinal.
Vamos supor que seja medida a componente do spin Sem relação ao eixo z de um
sistema de coordenadas. Nesse caso, a componente S, pode assumir apenas os valores
dados por
h
S, = ms 2n'
1
param.,· = ± 2 , (32-23)
em que ms é chamado de número quântico magnético de spin eh ( = 6,63 X 10- 34 J · s)
é a constante de Planck, uma constante que aparece em muitas equações da física
quântica. Os sinais que aparecem na Eq. 32-23 estão relacionados ao sentido de S,
em relação ao eixo z. Quando S, é paralelo ao eixo z, ms = + 1/2 e dizemos que o