Munidos de um modelo mental para o magnetismo, podemos voltar rapidamente à fenomenologia.
A história dos humanos com o magnetismo data de antes de 600AC (Magnetism:Fundamentals – Du Trémolet de Lacheisserie, Étienne; Damien Gignoux; Michel Schlenker (2005) – Springer-Verlag New York – ISBN: 978-0-387-22967-6), com a observação de magnetita naturalmente magnetizada atraindo outros metais.
Apesar dessa observação antiga as primeiras pesquisas sistemáticas, de acordo com o método científico que conhecemos hoje em dia, foram registradas por William Gilbert (1540-1603) em seu trabalho “De Magnete” (ainda que muito influenciado por um certo “misticismo” de seu tempo). Nesse trabalho, Gilbert descreve experiências nas quais conclui que a terra deva ser magnética, o que explicaria as bússoloas apontando sempre para o Norte.
Magnetismo é percebido empiricamente como sendo um fenômeno de atração ou repulsão de materiais. Isso significa que observamos, por exemplo, dois imãs se afastando ou se atraindo dependendo do lado em que eles estão. Para diferenciar esses lados do imã, vamos pinta-los de cores diferentes:
Assim temos uma ideia de como os dois imãs interagem. Na realidade, podemos fazer experimentos afastando um do outro gradativamente para tentar descobrir uma lei de atração (que acaba mostrando que a força é proporcional ao inverso do quadrado da distância \(F\propto\frac{1}{d^2}\)).
Outra questão interessante seria dizer a direção em que a atração ou repulsão ocorre. Para isso, podemos imaginar uma série de pequenos imãs ao redor de um grande imã. A ideia por trás disso é imaginar que os pequenos imãs tem uma influencia quase nula em comparação ao imã grande e assim a sua posição mostra a influencia que eles sofrem do imã grande, sem influenciarem uns aos outros de forma significativa.
Desenhar vários imãs dessa forma é extremamente inconveniente (digo por experiência própria, fazer essa imagem foi muito mais trabalhoso do que deveria ser), por isso, podemos representar esses caminhos dos imãs por setas, indicando a direção que os imãs teriam.
E podemos inclusive tirar os imãs de baixo da linha se lembrarmos que as setas sempre “entram” pelo verdo dos imãs menores e “saem” pelo vermelho.
Se olharmos para a imagem assim, parece que as setas vão do vermelho para o verde, mas o que está acontecendo é que elas estão indo do verde para o vermelho, pois por todo o caminho das linhas temos que imaginar pequenos imãs e as setas apontando do verde para o vermelho dentro de cada uma delas. Isso fica um pouco mais claro olhando a linha reta que passa bem pelo meio. Ela vai do verde ao vermelho, assim como as outras linhas nos imãs menores que retiramos da imagem.
Essas linhas que desenhamos agora são o que chamamos de “campo magnético”. Elas denotam a “influência” que um imã tem em seu entorno (vamos aprender a desenhar e interpretar melhor essas linhas na próxima parte do texto). As linhas do campo magnético indicam a direção que uma pequena bússola apontaria em uma determinada região na proximidade do imã.
Antes de seguir adiante, convenhamos que chamar as partes do imã de “lado verde” e “lado vermelho” é bem pouco prático. Por isso vamos chamar o lado verde de polo sul (S) e o lado vermelho de polo norte (N). Polos norte e sul são nomes dados por conta da terra e da bússola mesmo. O polo norte de um imã é o seu lado que apontaria para o polo norte da terra se o imã estivesse livre para se mover sem nenhum tipo de resistência. Isso implica no fato de que o polo norte geográfico da terra é o que atrai o polo norte de um imã, ou seja, o polo norte geográfica da terra é o polo sul magnético! Confuso, por isso segue uma imagem:
Notamos que a parte de cima do desenho é o que chamamos de polo norte na geografia, e é para onde o norte da bússola aponta, mas para isso acontecer lá tem que ser um polo oposto, ou seja um polo do tipo sul.
Uma outra questão interessante que podemos ter é: o que acontece se quebrarmos um imã no meio, bem na divisa entre os polos?
A primeira resposta ingênua seria que ficamos com um polo em cada mão, mas será que isso faz sentido?
Se lembrarmos do nosso modelo anterior, percebemos que o que gera os tais campos magnéticos são as orientações dos domínios magnéticos no metal. EnPtão vamos imaginar a quebra do imã novamente com os domínios desenhados.
Percebemos que as partes do imã quebrado tem a mesma estrutura do imã inteiro. Eles formam dois imãs menores. Isso porque, de acordo com o que construimos, para se ter um campo magnetico é preciso uma orientação do spin e cada “ponta” da “seta”, mesmo de um spin só, vai formar um mini-imã.
Por isso dizemos que não existe um monopolo magnético, ou seja, não temos um polo norte dissociado de um polo sol e vice-versa.