Michael Faraday, nascido a 22 de Setembro de 1791, foi um Químico e Físico Inglês. Tendo contribuído muito para o Electromagnetismo e a Electroquímica, estudou o campo magnético à volta de um condutor atravessado por uma corrente dc, estabeleceu as bases do conceito de campo electromagnético em Física e descobriu as leis da indução electromagnética, do diamagnetismo e da electrólise. Afirmou que a luz era afectada pelo Magnetismo e que havia uma relação entre os dois fenómenos. As suas invenções de aparelhos electromagnéticos rotacionais foram o fundamento da tecnologia de motores eléctricos. Faraday mostrou que a conversão entre energia eléctrica e energia mecânica por meios electromagnéticos era possível em 1821 mergulhando um fio condutor em mercúrio onde tinha sido colocado um íman. Ao fazer passar corrente no fio este rodava à volta do íman mostrando que a corrente dava origem a um campo magnético fechado à volta do fio. Este dispositivo ficou conhecido como “motor homopolar”.
Foram necessários mais dez anos até Faraday publicar a sua Lei da Indução Electromagnética. Faraday afirmou que a força electromotriz produzida num caminho fechado é proporcional à taxa de variação do fluxo magnético através de qualquer superfície limitada por esse caminho sendo a sua forma matemática a seguinte:
epsilon = - d Φ_B / dt,
onde epsilon é a força electromotriz e Φ_B é o fluxo magnético
Para chegar a este resultado Faraday atravessou duas bobinas isoladas com um anel de ferro e descobriu que ao passar corrente através de uma bobina era induzida uma corrente na outra bobina. Em experiências posteriores descobriu ainda que ao mover um íman através de um circuito fechado era produzida corrente nesse fio e que no inverso, isto é, mover o circuito sobre o íman, também causava uma corrente. Foi o conjunto destas experiências que levaram Faraday a concluir que a variação de um campo magnético produz um campo eléctrico. Este resultado foi matematizado por James Clerk Maxwell e mais tarde generalizado no que é hoje denominado por teoria de campos. Mais tarde, Faraday usou este resultado para construir o dínamo antecessor dos geradores actuais.
Em 1834 fez estudos sobre electroquímica que levaram às duas leis da electrólise com o seu nome.
Em 1836 inventou a gaiola de Faraday, um dos seus mais importantes e mais famosos trabalhos, ao observar que a carga num condutor carregado distribuía-se apenas no seu exterior e que não tinha influência no seu interior. Para o demonstrar construiu uma sala revestida de alumínio e permitiu que descargas de um gerador electroestático de alta tensão atingissem o exterior da sala. Usando um electroescópio mostrou então
que a carga presente no interior da sala era nula.
Em 1839 completou uma série de experiências para determinar a verdadeira natureza da electricidade. Usou para tal diferentes fontes de electricidade tais como baterias e animais para produzir atracção electroestática, electrólise, magnetismo, etc. Concluiu assim, que ao contrário da opinião científica da altura não havia diferença entre os diversos tipos de electricidade.
Em Setembro de 1845 Faraday observou que muitos materiais demonstravam ter uma fraca repulsão a campos magnéticos e denominou este fenómeno por diamagnetismo. Descobriu ainda que ao aplicar-se um campo magnético externo alinhado na direcção de uma luz polarizada linearmente seria-se capaz de rodar o plano de polarização desta, tendo mais tarde usado um espectroscópio para tentar observar alterações nas linhas espectrais provocadas por aplicação de um campo magnético. Não lhe foi possível fazer esta observação devido ao equipamento que usava mas acabou por ter o seu nome referido no discurso do vencedor do prémio Nobel, por este mesmo estudo, Pieter Zeeman.
Já no fim da sua carreira, Faraday propôs que as forças electromagnéticas se estendessem para o espaço à volta do condutor, ideia esta rejeitada e, apenas mais tarde, após Faraday morrer, aceite, tornando-se um modelo crucial para o desenvolvimento de aparelhos electromagnéticos no restante tempo do século XIX.
Faraday morreu a 25 de Agosto de 1867 com 75 anos considerado um dos melhores experimentadores na história da Física.
Marco Gui Alves Pinto
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quarta-feira, 15 de junho de 2011
Experiência de Ørsted
Hans Christian Ørsted (1777-1851) foi um físico e químico dinamarquês. O seu trabalho foi muito importante para o desenvolvimento do eletromagnetismo. O interesse de Ørsted pela ciência revelou-se logo quando ele era bastante jovem por influência do seu pai, farmacêutico de profissão. Aprendeu muito como autodidacta e depois ingressou na Universidade de Copenhaga, onde, em 1806, se tornou professor.
Ao preparar-se para dar uma de suas aulas, realizou uma experiência que lhe proporcionou uma ideia inovadora. Ørsted percebeu que, sob certas condições, uma agulha magnética que estivesse em equilíbrio e fosse livre para rodar em torno de seu eixo, rodava se houvesse nas imediações um fio condutor percorrido por uma corrente eléctrica. Acontecia que a posição da agulha magnética, sem uma corrente eléctrica por perto, era diferente da que se observava com essa corrente. Ørsted não conseguiu dar uma explicação detalhada plausível para o fenómeno observado. Mas passou-se a saber que havia uma ligação entre o magnetismo e a electricidade: tinha nascido o electromagnetismo.
Algum tempo depois, Ørsted iniciou estudos para tentar explicar o fenómeno observado. Uma agulha magnética, em condições normais (apenas apoiada no seu centro de gravidade), só se movimenta quando está sujeita a um campo magnético. O deslocamento da agulha na presença de um fio condutor percorrido por uma corrente só podia ocorrer se se criasse um campo magnético em torno do fio. Em resumo, uma corrente eléctrica origina ao seu redor um campo magnético. Este campo magnético sobrepõe-se ao campo magnético terrestre e orienta a agulha magnética. Assim, percebeu-se que o magnetismo provém do movimento de cargas eléctricas. Assim como cargas em repouso criam campos eléctricos, também cargas em movimento criam campos magnéticos além dos campos eléctricos.
Mais tarde, Ørsted mostrou que uma corrente eléctrica i que percorre um fio de comprimento L cria um campo magnético. Este campo é ortogonal ao plano definido por um ponto P qualquer no fio e pela sua direcção. Mas a explicitação matemática só foi dada mais tardpelos físicos franceses e Biot e Savart. Os seus estudos cuidadosos mostraram que este campo magnético é inversamente proporcional ao quadrado da distância do elemento de fio dl ao ponto P no qual é criado o campo, é proporcional à intensidade de corrente i, ao comprimento do fio e ao seno do ângulo entre a corrente e o vector-posição de P em relação a dl.
A descoberta de Ørsted foi tão importante que lhe rendeu uma homenagem: no sistema de unidades CGS, a unidade para a indução magnética é o Oersted (Oe).
Bianca de Quadros Cerbaro
Bibliografia:
[1] M.M.R.R. Costa e M.J.B.M. de Almeida, Fundamentos de Física, 2ª edição, Coimbra, Livraria Almedina (2004), p. 305 a 308.
[2] http://quantizado.blogspot.com/2009/07/experiencia-de-oersted-o.html Acesso em: 19 de abril de 2011.
[3] http://pt.wikipedia.org/wiki/Hans_Christian_%C3%98rsted Acesso em 20 de abril de 2011.
Ao preparar-se para dar uma de suas aulas, realizou uma experiência que lhe proporcionou uma ideia inovadora. Ørsted percebeu que, sob certas condições, uma agulha magnética que estivesse em equilíbrio e fosse livre para rodar em torno de seu eixo, rodava se houvesse nas imediações um fio condutor percorrido por uma corrente eléctrica. Acontecia que a posição da agulha magnética, sem uma corrente eléctrica por perto, era diferente da que se observava com essa corrente. Ørsted não conseguiu dar uma explicação detalhada plausível para o fenómeno observado. Mas passou-se a saber que havia uma ligação entre o magnetismo e a electricidade: tinha nascido o electromagnetismo.
Algum tempo depois, Ørsted iniciou estudos para tentar explicar o fenómeno observado. Uma agulha magnética, em condições normais (apenas apoiada no seu centro de gravidade), só se movimenta quando está sujeita a um campo magnético. O deslocamento da agulha na presença de um fio condutor percorrido por uma corrente só podia ocorrer se se criasse um campo magnético em torno do fio. Em resumo, uma corrente eléctrica origina ao seu redor um campo magnético. Este campo magnético sobrepõe-se ao campo magnético terrestre e orienta a agulha magnética. Assim, percebeu-se que o magnetismo provém do movimento de cargas eléctricas. Assim como cargas em repouso criam campos eléctricos, também cargas em movimento criam campos magnéticos além dos campos eléctricos.
Mais tarde, Ørsted mostrou que uma corrente eléctrica i que percorre um fio de comprimento L cria um campo magnético. Este campo é ortogonal ao plano definido por um ponto P qualquer no fio e pela sua direcção. Mas a explicitação matemática só foi dada mais tardpelos físicos franceses e Biot e Savart. Os seus estudos cuidadosos mostraram que este campo magnético é inversamente proporcional ao quadrado da distância do elemento de fio dl ao ponto P no qual é criado o campo, é proporcional à intensidade de corrente i, ao comprimento do fio e ao seno do ângulo entre a corrente e o vector-posição de P em relação a dl.
A descoberta de Ørsted foi tão importante que lhe rendeu uma homenagem: no sistema de unidades CGS, a unidade para a indução magnética é o Oersted (Oe).
Bianca de Quadros Cerbaro
Bibliografia:
[1] M.M.R.R. Costa e M.J.B.M. de Almeida, Fundamentos de Física, 2ª edição, Coimbra, Livraria Almedina (2004), p. 305 a 308.
[2] http://quantizado.blogspot.com/2009/07/experiencia-de-oersted-o.html Acesso em: 19 de abril de 2011.
[3] http://pt.wikipedia.org/wiki/Hans_Christian_%C3%98rsted Acesso em 20 de abril de 2011.
Evolução da electricidade no século XVIII
Já no século VI a.C., o grego Thales de Mileto tinha observado que um pedaço de âmbar friccionado atraía bocadinhos de palha. Tales também conhecia os fenómenos magnéticos. Também sabia que havia um certo tipo de material, a magnetite, que atraía o ferro.
No século XVIII, o cientista francês Charles François de Cisternay Du Fay (1698-1739) foi o primeiro a distinguir claramente dois tipos diferentes de carga eléctrica: positiva e negativa. Reparou que o âmbar, depois de esfregado, era capaz de atrair pedaços de papel e dois bocados de âmbar repeliam-se. Nesse tempo, a electricidade atraiu a atenção de muitos investigadores. Inventou-se a garrafa de Leyden, construída em 1745 na cidade holandesa com o mesmo nome. Essa garrafa consistia de um frasco de vidro coberto com duas camadas de papel de estanho, uma dentro e outra fora. Se uma das folhas se carregava com uma máquina electrostática, ocorria um choque violento quando se tocavam. Da garrafa de Leyden derivaram os modernos condensadores, que permitem armazenar grandes quantidades de eletricidade.
Alguns cientistas também tentaram explicar os movimentos dos planetas por meio da atracção e repulsão elcétrica, mas Newton mostrou que a verdadeira causa era a força da gravidade.
Benjamin Franklin (1706-1790), político, editor e físico norte-americano dedicou muito tempo à eletricidade, investigou os fenómenos eléctricos e inventou o pára-raios em 1752. A sua famosa experiência do papagaio mostrou que a eletricidade atmosférica é a causa dos fenómenos dos relâmpagos e trovões, tendo ela a mesma natureza que a carga de uma garrafa de Leyden. Também confirmou que as tempestades não passam de fenómenos do tipo eléctrico.
A lei segundo a qual a força entre cargas eléctricas é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas foi demonstrada experimentalmente pelo químico inglês Joseph Priestley (1733-1804) por volta de 1766. Priestley também mostrou que uma carga eléctrica é distribuída uniformemente sobre a superfície de uma esfera oca de metal, e que dentro não há cargas ou campos eléctricos. Charles de Coulomb (1736-1806) inventou uma balança de torção para medir com precisão a força exercida entre cargas eléctricas. Com este aparelho confirmou as observações de Priestley e mostrou que a força entre duas cargas é proporcional ao produto das cargas individuais.
Nos séculos XVIII e XIX ocorreram várias descobertas que permitiram mais tarde o uso generalizado da eletricidade. Assim, no final do século XVIII, o anatomista italiano Luigi Galvani (1737-1798) observou a contracção dos músculos de uma rã morta quando estes eram tocados por dois segmentos, um de ferro e outro de cobre, em contacto com elas. O seu compatriota Alessandro Volta (1745-1827) interpretou correctamente esse fenómeno: forma-se uma corrente eléctrica sempre que tomarmos um segmento composto por dois metais diferentes e os colocarmos numa solução salina. O músculo faz de solução salina e é por isso que a corrente elétrica o contrai. Em homenagem a Luigi Galvani, esse fenómeno é chamado galvanismo.
Essa descoberta levou Volta a inventar a pilha que tem o seu nome. É formada por um grande número de discos de cobre e ferro ou zinco, alternados e separados por pedaços de pano embebidos numa solução salina. Todos os discos são empilhados (daí o nome "pilha") para formar uma bateria que gera eletricidade. Assim obteve pela primeira vez na história uma corrente contínua e estável. Já não se dependia da electricidade estática... Com a pilha de Volta, os cientistas passaram a dispor de uma fonte permanente de energia para efectuar as suas experiências, o que veio revolucionar o mundo científico.
Alejandro Pazó de la Sota
No século XVIII, o cientista francês Charles François de Cisternay Du Fay (1698-1739) foi o primeiro a distinguir claramente dois tipos diferentes de carga eléctrica: positiva e negativa. Reparou que o âmbar, depois de esfregado, era capaz de atrair pedaços de papel e dois bocados de âmbar repeliam-se. Nesse tempo, a electricidade atraiu a atenção de muitos investigadores. Inventou-se a garrafa de Leyden, construída em 1745 na cidade holandesa com o mesmo nome. Essa garrafa consistia de um frasco de vidro coberto com duas camadas de papel de estanho, uma dentro e outra fora. Se uma das folhas se carregava com uma máquina electrostática, ocorria um choque violento quando se tocavam. Da garrafa de Leyden derivaram os modernos condensadores, que permitem armazenar grandes quantidades de eletricidade.
Alguns cientistas também tentaram explicar os movimentos dos planetas por meio da atracção e repulsão elcétrica, mas Newton mostrou que a verdadeira causa era a força da gravidade.
Benjamin Franklin (1706-1790), político, editor e físico norte-americano dedicou muito tempo à eletricidade, investigou os fenómenos eléctricos e inventou o pára-raios em 1752. A sua famosa experiência do papagaio mostrou que a eletricidade atmosférica é a causa dos fenómenos dos relâmpagos e trovões, tendo ela a mesma natureza que a carga de uma garrafa de Leyden. Também confirmou que as tempestades não passam de fenómenos do tipo eléctrico.
A lei segundo a qual a força entre cargas eléctricas é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas foi demonstrada experimentalmente pelo químico inglês Joseph Priestley (1733-1804) por volta de 1766. Priestley também mostrou que uma carga eléctrica é distribuída uniformemente sobre a superfície de uma esfera oca de metal, e que dentro não há cargas ou campos eléctricos. Charles de Coulomb (1736-1806) inventou uma balança de torção para medir com precisão a força exercida entre cargas eléctricas. Com este aparelho confirmou as observações de Priestley e mostrou que a força entre duas cargas é proporcional ao produto das cargas individuais.
Nos séculos XVIII e XIX ocorreram várias descobertas que permitiram mais tarde o uso generalizado da eletricidade. Assim, no final do século XVIII, o anatomista italiano Luigi Galvani (1737-1798) observou a contracção dos músculos de uma rã morta quando estes eram tocados por dois segmentos, um de ferro e outro de cobre, em contacto com elas. O seu compatriota Alessandro Volta (1745-1827) interpretou correctamente esse fenómeno: forma-se uma corrente eléctrica sempre que tomarmos um segmento composto por dois metais diferentes e os colocarmos numa solução salina. O músculo faz de solução salina e é por isso que a corrente elétrica o contrai. Em homenagem a Luigi Galvani, esse fenómeno é chamado galvanismo.
Essa descoberta levou Volta a inventar a pilha que tem o seu nome. É formada por um grande número de discos de cobre e ferro ou zinco, alternados e separados por pedaços de pano embebidos numa solução salina. Todos os discos são empilhados (daí o nome "pilha") para formar uma bateria que gera eletricidade. Assim obteve pela primeira vez na história uma corrente contínua e estável. Já não se dependia da electricidade estática... Com a pilha de Volta, os cientistas passaram a dispor de uma fonte permanente de energia para efectuar as suas experiências, o que veio revolucionar o mundo científico.
Alejandro Pazó de la Sota
Éter versus Vácuo
A problemática da existência do vácuo é tão antiga como o início da tentativa, pelo ser humano, de explicar tudo o que o rodeia. De facto, foi por volta do século V a.C. que se terá idealizado pela primeira vez o éter, que seria, para Anaxágoras de Clazómenas, o meio em que se moviam os planetas e o próprio Sol, ocupando assim todo o exterior do nosso planeta. Este conceito é facilmente compreensível, uma vez que toda a experiência vivencial do homem antigo levava a crer que não existia vácuo, tendo mesmo Aristóteles escrito: “A natureza tem horror ao vácuo”. Porém, alguns filósofos gregos terão concebido a existência de vácuo, mas fora do Cosmos, nunca no seu interior.
Muitos séculos depois, já na Idade Média, a ideia de um vácuo foi tomada como imoral, ou mesmo herética, pois o nada absoluto implicaria a ausência de Deus, pensamento que terá atrasado imenso o avanço do conhecimento sobre este assunto. Porém, no século X, o filósofo islâmico Al-Farabi terá realizado as primeiras experiências registadas sobre a existência do vácuo, usando êmbolos de mão em água, tendo sugerido um conceito de vácuo perfeito e coerente.
A existência de éter perdurou como uma certeza até aos trabalhos de Kepler sobre o movimento de corpos celestes (em finais do século XVI), quando a compreensão das suas observações implicou um regresso ao conceito de vácuo, no qual os planetas se moveriam. A retenção deste conceito significaria o fim do antigo éter.
Foi só no século XVII que esta discussão atingirá novas proporções. O italiano Evangelista Torricelli obteve com o seu barómetro de mercúrio o primeiro vácuo sustentado em laboratório, tendo o francês Blaise Pascal reconhecido que o era. O modelo de Newton foi o primeiro em que aparecerá o vácuo, pois foi o primeiro a ter como premissa a existência de um espaço vazio entre os corpos celestes. Mas esta ideia não será unânime. Descartes tinha usado o conceito de éter de forma semelhante à dos antigos gregos, uma vez que o matemático e filósofo francês não acreditava na existência do vácuo. É, de facto, pouco conhecido que, em pleno século XVII, o conceito predominante de éter era muito parecido ao da Antiguidade (havendo já sido introduzidos, em séculos anteriores, novas concepções de éter), sendo ainda nesta época o éter uma substância que se opunha ao vácuo. Esta dicotomia foi perfeitamente ilustrada por Boyle na sua obra The Sceptical Chemist, de 1661, na qual defende a existência do vácuo, argumentando que nunca terá encontrado evidência experimental para a existência do éter, havendo já inúmeras experiência que indicavam a existência do vácuo.
Esta discussão acabou quando Newton propôs que o vácuo ocupava os céus, expulsando o éter. Com esta possibilidade surgiu a problemática da propagação da luz, a qual nunca preocupou Newton. Este pusera sim em causa a existência de outros tipos de éter, cuja finalidade não seria como meio de propagação da luz, mas justificar outros tipos de aparentes acções à distância, como a electricidade estática ou a própria gravidade.
Com a descoberta de que as ondas luminosas eram transversais (no primeiro quartel do século XIX), surge um novo, e forte, argumento a favor da existência de éter. De acordo com este novo argumento, advém a ideia de que o éter se encontra presente universalmente envolvendo toda a matéria que existe. Assim, com o avanço da teoria ondulatória da luz, a ideia da existência do éter foi renascendo. No início da década de 1880, eram muitos os cientistas que admitiam a existência do éter, tendo concebido inúmeras experiências para provar a sua existência. Não foi, porém, detectado. Com a teoria da relatividade desistiu-se da ideia de éter como sistema de referência preferencial.
Assim, hoje toma-se como certa a existência do vácuo, a ausência de massa (ou de matéria) e de pressão, embora a teoria quântica complique um pouco esta noção.
Sandra Fernandes
Muitos séculos depois, já na Idade Média, a ideia de um vácuo foi tomada como imoral, ou mesmo herética, pois o nada absoluto implicaria a ausência de Deus, pensamento que terá atrasado imenso o avanço do conhecimento sobre este assunto. Porém, no século X, o filósofo islâmico Al-Farabi terá realizado as primeiras experiências registadas sobre a existência do vácuo, usando êmbolos de mão em água, tendo sugerido um conceito de vácuo perfeito e coerente.
A existência de éter perdurou como uma certeza até aos trabalhos de Kepler sobre o movimento de corpos celestes (em finais do século XVI), quando a compreensão das suas observações implicou um regresso ao conceito de vácuo, no qual os planetas se moveriam. A retenção deste conceito significaria o fim do antigo éter.
Foi só no século XVII que esta discussão atingirá novas proporções. O italiano Evangelista Torricelli obteve com o seu barómetro de mercúrio o primeiro vácuo sustentado em laboratório, tendo o francês Blaise Pascal reconhecido que o era. O modelo de Newton foi o primeiro em que aparecerá o vácuo, pois foi o primeiro a ter como premissa a existência de um espaço vazio entre os corpos celestes. Mas esta ideia não será unânime. Descartes tinha usado o conceito de éter de forma semelhante à dos antigos gregos, uma vez que o matemático e filósofo francês não acreditava na existência do vácuo. É, de facto, pouco conhecido que, em pleno século XVII, o conceito predominante de éter era muito parecido ao da Antiguidade (havendo já sido introduzidos, em séculos anteriores, novas concepções de éter), sendo ainda nesta época o éter uma substância que se opunha ao vácuo. Esta dicotomia foi perfeitamente ilustrada por Boyle na sua obra The Sceptical Chemist, de 1661, na qual defende a existência do vácuo, argumentando que nunca terá encontrado evidência experimental para a existência do éter, havendo já inúmeras experiência que indicavam a existência do vácuo.
Esta discussão acabou quando Newton propôs que o vácuo ocupava os céus, expulsando o éter. Com esta possibilidade surgiu a problemática da propagação da luz, a qual nunca preocupou Newton. Este pusera sim em causa a existência de outros tipos de éter, cuja finalidade não seria como meio de propagação da luz, mas justificar outros tipos de aparentes acções à distância, como a electricidade estática ou a própria gravidade.
Com a descoberta de que as ondas luminosas eram transversais (no primeiro quartel do século XIX), surge um novo, e forte, argumento a favor da existência de éter. De acordo com este novo argumento, advém a ideia de que o éter se encontra presente universalmente envolvendo toda a matéria que existe. Assim, com o avanço da teoria ondulatória da luz, a ideia da existência do éter foi renascendo. No início da década de 1880, eram muitos os cientistas que admitiam a existência do éter, tendo concebido inúmeras experiências para provar a sua existência. Não foi, porém, detectado. Com a teoria da relatividade desistiu-se da ideia de éter como sistema de referência preferencial.
Assim, hoje toma-se como certa a existência do vácuo, a ausência de massa (ou de matéria) e de pressão, embora a teoria quântica complique um pouco esta noção.
Sandra Fernandes
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