História da Física 2 O eletromagnetismo no século XIX - 2

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1 História da Física 2 O eletromagnetismo no século XIX - 2
Prof. Roberto de A. Martins O eletromagnetismo no século XIX - 2

2 Século XVIII Durante o século XVIII houve o desenvolvimento de máquinas elétricas e muitos estudos qualitativos. Foi reconhecida a possibilidade de transmitir efeitos elétricos à distância, por meio de materiais “não-elétricos” (condutores), como metais.

3 Século XVIII Antes da descoberta da condução da eletricidade, muitos autores, como Willem Jacob 'sGravesande ( ), imaginavam que a eletricidade era algo que fazia parte do objeto eletrificado, como uma “atmosfera” presa aos mesmos. ‘sGravesande

4 ‘sGravesande “O vidro contém nele, e em torno de sua superfície, uma certa atmosfera que é excitada pela fricção e colocada em movimento vibratório; pois atrai e repele corpos pequenos. As menores partes do vidro são agitadas pelo atrito, e por sua elasticidade seu movimento é vibratório, o qual é comunicado à atmosfera mencionada acima. E essa atmosfera exerce sua ação mais longe, conforme seja maior a agitação recebida pelas partes do vidro quando se atrita esse vidro.”

5 Vórtice elétrico “Em torno de um corpo eletrificado existe um vórtice de matéria extremamente rarefeita em um estado de agitação, que puxa para o corpo as substâncias leves que estão dentro de sua esfera de atividade. A existência desse vórtice é mais do que uma conjetura: pois quando se traz perto do rosto um corpo eletrificado, ele causa uma sensação como a de encontrar uma teia de aranha.”

6 Gray & Desaguliers A interpretação da “atmosfera” se tornou inaceitável quando Gray e Desaguliers mostraram, em 1729, que os efeitos elétricos podiam ser transmitidos a grandes distâncias do corpo atritado.

7 Gray Stephen Gray ( ) sugeriu o uso da eletricidade para transmitir sinais à distância (telégrafo elétrico).

8 Desaguliers Jean-Téophile Desaguliers ( ) propôs os nomes “condutor” e “não-elétrico”, em 1639. Desaguliers

9 Desaguliers Desaguliers passou a descrever a eletricidade como um “fluido”, ou como um “eflúvio” que pode fluir pelos condutores, mas que não fica dentro deles e sim ocupando uma região em volta. Um corpo oco e um sólido produzem exatamente os mesmos efeitos elétricos.

10 Du Fay Charles-François du Fay ( ) estudou a atração e repulsão elétrica. Um corpo eletrizado atrai um objeto condutor leve (como uma folha de ouro), mas quando eles se tocam a folha de ouro é repelida. Du Fay

11 Folhas de ouro Folhas de ouro eram (e são) usadas para decoração e trabalhos artísticos.

12 Du Fay Du Fay imaginou que em torno do corpo eletrizado haveria um vórtice que atrairia a folha de ouro. No entanto, a folha de ouro adquiriria seu próprio vórtice, e os dois vórtices se repeliriam.

13 Du Fay Du Fay procurou se haveria outras situações em que os corpos eletrizados podiam se atrair ou repelir. Em 1733 descobriu que uma folha de ouro que havia sido eletrificada por contato com vidro atritado era repelida pelo vidro, mas era atraída por um pedaço de resina atritada. Havia portanto eletricidades diferentes

14 Du Fay “Vemos que existem duas eletricidades de naturezas totalmente diferentes – a dos corpos transparentes, como vidro, cristal, etc., e a de corpos betuminosos ou resinosos, como âmbar, copal, lacre, etc. Cada uma delas repele os corpos que contraíram uma eletricidade da mesma natureza e atrai aqueles com uma eletricidade de natureza contrária.”

15 Du Fay Du Fay denominou as duas eletricidades como “vítrea” e “resinosa”. Não se sabe se ele pensou sobre a possibilidade de existência de um número maior (> 2) de tipos de eletricidade. Não poderiam existir 3 ou mais tipos?

16 “Os sete sexos” Estamos acostumados a pensar em pares de opostos.
Poderia ser diferente... Como na história “Venus and the Seven Sexes”, escrita por William Tenn em 1947

17 Guardando eletricidade
Em 1745, o alemão Ewald Jurgens (George) von Kleist descobriu que era possível acumular eletricidade em uma garrafa com água. Ele segurava uma garrafa com água, que era conectada a um gerador de eletricidade, por um fio metálico. Depois, a garrafa produzia fortes efeitos elétricos.

18 Musschenbroek No início de 1746, Pieter van Musschenbroek ( ), professor da Universidade de Leyden descobriu e divulgou a mesma descoberta. A partir daí, foram criadas as “garrafas de Leyden”, que não tinham explicação teórica mas davam bons resultados práticos. Musschenbroek

19 Garrafa de Leyden Inicialmente, as garrafas eram cheias de água, e precisavam estar na mão de uma pessoa ao serem conectadas à máquina que gerava eletricidade. Elas produziam fortes choques, e seus efeitos duravam muito tempo (a eletricidade não desaparecia rapidamente, como nos outros objetos).

20 Garrafa de Leyden Depois as garrafas começaram a ser revestidas externamente com uma placa metálica. Por fim, verificou-se que a água dentro da garrafa podia ser substituída por folhas metálicas. O importante era ter condutores dentro e fora da garrafa.

21 Garrafa de Leyden As garrafas de Leyden se popularizaram rapidamente e se tornaram um instrumento importante nas pesquisas sobre eletricidade.

22 Garrafa de Leyden Várias garrafas podiam ser associadas, para formar uma “bateria”.

23 O abade Nollet Em meados do século XVIII, o abade Jean-Antoine Nollet ( ) foi um dos pesquisadores mais importantes da eletricidade. Entre outras coisas, foi ele quem deu o nome à “garrafa de Leyden”. Escreveu diversos livros sobre eletricidade. Nollet

24 O abade Nollet Observando corpos fortemente eletrizados, no escuro, eram observados efeitos luminosos, como se fossem jatos de fogo saindo de vários pontos de sua superfície.

25 O abade Nollet Nollet supôs que, de cada corpo atritado, saía uma “corrente efluente” e entrava uma “corrente afluente”, capazes de mover os corpos leves que estivessem nas proximidades. Nollet

26 O abade Nollet O fluxo efluente produzia efeitos repulsivos e o fluxo afluente produzia efeitos atrativos. Quando dois corpos eletrizados estavam próximos entre si, os fluxos dos mesmos produziam atração ou repulsão.

27 O abade Nollet Esses fluxos seriam constituídos por alguma matéria elétrica em movimento, que é expulsa dos corpos atritados - algo material, capaz de produzir odores (que incomodavam o cachorro de Nollet).

28 O abade Nollet Os fluxos elétricos de Nollet seriam algo externo aos corpos eletrizados. Não são equivalentes à idéia de correntes elétricas nos condutores, que se desenvolveu depois. Ele estava pensando essencialmente sobre situações de eletrostática.

29 O abade Nollet Uma das evidências desses fluxos invisíveis era que as pontas dos corpos eletrizados eram capazes de produzir um “vento elétrico” que agia sobre as chamas.

30 Eletroscópio Em 1747 Nollet inventou o eletroscópio de folhas de ouro, que indica a presença da eletricidade pela repulsão das duas folhas.

31 Eletroscópio Foram criados também outros tipos de eletroscópios, como o de John Canton (1753), que utilizava duas bolas de cortiça, permitindo observar o efeito de eletricidade à distância (induzida).

32 Franklin Benjamin Franklin ( ) iniciou seus estudos sobre eletricidade em 1747. Ele introduziu a idéia de cargas elétricas negativas e positivas e propôs o princípio da conservação das cargas elétricas: a quantidade total de eletricidade em um sistema isolado é constante.

33 Franklin Suponhamos que duas pessoas estão isoladas do solo (pisando sobre placas de cera) e que uma delas, A, atrita um tubo de vidro com um pano, e a segunda delas, B, toda o tubo de vidro, recebendo eletricidade. Tanto A quanto B podem então produzir choques, tocando uma terceira pessoa C em contato com o solo.

34 Franklin No entanto, se A e B se tocarem enquanto A atrita o tubo de vidro, ou depois de estarem eletrizados, nenhum deles produzirá qualquer efeito elétrico. Portanto, as eletricidades de A e B se anulam, quando eles entram em contato. Isso sugeriu a Franklin a idéia de eletricidades positiva e negativa, e a impossibilidade de produzir uma sem a outra.

35 O “fogo elétrico” “Supomos, como foi mencionado antes, que o fogo elétrico é um elemento comum, do qual cada uma das três pessoas mencionadas acima tem igual parte, antes de começar qualquer operação com o tubo. A, que está sobre a cera e atrita o tubo, coleta no vidro o fogo elétrico que sai dele próprio. E como sua comunicação com o reservatório comum está impedido pela cera, seu corpo não se reabastece imediatamente. B (que também está sobre a cera), passando seus dedos ao longo do tubo, recebe o fogo que foi coletado de A pelo vidro. E como sua comunicação com o reservatório comum também está impedida, ele mantém a quantidade adicional recebida.”

36 Eletricidade + e - “Para C, que está de pé no solo, ambos parecem estar eletrizados; pois, como ele tem apenas a quantidade média do fogo elétrico, recebe uma faísca ao se aproximar de B, que tem uma quantidade excessiva; mas fornece uma [faísca] a A, que tem uma quantidade inferior. Se A e B se aproximam e tocam um ao outro, a faísca é mais forte, porque a diferença entre eles é maior. Depois desse toque não há mais faísca entre qualquer um deles e C, porque o fogo elétrico em todos se reduziu à igualdade original. Se eles se tocarem enquanto estão eletrizando, a igualdade nunca é destruída, o fogo apenas circula.”

37 Eletricidade + e - “Assim surgiram entre nós alguns novos termos: dizemos que B (e os corpos em circunstâncias semelhantes) está eletrizado positivamente, e A negativamente. Ou melhor, que B está eletrizado mais, e B menos. E diariamente em nossos experimentos eletrizados os corpos mais ou menos, conforme julguemos adequado. Para eletrizar mais ou menos, não é preciso saber mais do que isso, que as partes do tubo ou esfera [de vidro] que são atritadas atraem o fogo elétrico, no momento da fricção, e assim o tomam da coisa que está sendo esfregada neles; e essas mesmas partes, depois que cessa o atrito, ficam imediatamente dispostas a fornecer o fogo que receberam a qualquer corpo que tenha menos.”

38 Robert Symmer Idéias semelhante foram propostas por Robert Symmer, em 1759, a partir de um estudo sobre estudo da eletricidade surgida em meias. Symmer notou que no inverno, ao tirar as meias que havia usado durante o dia, ouvia estalos e via faíscas e resolveu estudar esse fenômeno.

39 Meias masculinas Na época (meados do século XVIII) era comum que os homens utilizassem meias longas, de seda, lã ou algodão.

40 Symmer e as meias Symmer experimentou utilizar meias de vários materiais, em diferentes situações, para ver quando elas ficavam mais eletrizadas. Descobriu que o efeito era forte quando utilizava DUAS meias, uma sobre a outra, uma de seda e a outra de lã.

41 Symmer e as meias O efeito foi ainda mais forte ao utilizar duas meias de seda de cores diferentes (branca e preta), uma sobre a outra [a preta por cima, porque estava de luto].

42 Symmer e as meias Ao tirar as duas meias, as de cores diferentes se atraíam muito fortemente, e as de mesma cor se repeliam fortemente. Cada uma das meias, sozinha, ficava “inchada” como se estivesse cheia de ar; mas isso não ocorria com duas meias diferentes juntas.

43 Symmer e as meias Quando as duas meias eram tiradas da perna ao mesmo tempo, e deixadas juntas, elas não “inchavam” e não produziam efeitos elétricos. Quando eram separadas, produziam efeitos fortes; unidas, os efeitos sumiam; separadas, os efeitos surgiam de novo.

44 As eletricidades Assim como no experimento de Franklin, isso sugeria que as duas eletricidades diferentes se anulavam, como quantidades positiva e negativa. Symmer utilizou a terminologia de Franklin, embora não tivesse exatamente a mesma interpretação e pensasse em duas eletricidades “reais” diferentes.

45 Uma ou duas eletricidades?
Houve uma longa discussão a partir de meados do século XVIII sobre se existia apenas um tipo de eletricidade (como Franklin pensava) ou dois tipos (como Gray, Nollet e Symmer defendiam). Não houve experimentos capazes de decidir qual a hipótese correta.

46 FIM