Aula 01 - Evolução e domínio da eletricidade

Mais de 2.000 anos atrás, os gregos descobriram que o âmbar friccionado com peles atrai objetos leves, como poeira ou penas. Duas varas friccionadas de âmbar quando aproximadas se repelem. Mas as razões para isso não foram entendidas.

William Gilbert, relendo o trabalho dos gregos por volta de 1600, estava mais interessada em magnetismo (ele sugeriu que a Terra se comportava como um ímã gigantesco). Deu-se conta, contudo, que as forças atrativas e repulsivas entre as hastes esfregadas foram muito semelhantes às forças atrativas e repulsivas exercida pelos imãs que ocorre naturalmente. Gilbert nomeado o novo campo de estudo "eletricidade", uma palavra derivada da palavra grega para âmbar. No decorrer do tempo, verificou-se que muitas outras substâncias além de âmbar, podem produzir efeitos eléctricos. O principal trabalho de Gilbert foi De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (Sobre os ímãs, os corpos magnéticos e o grande imã terrestre) publicado em 1600. Em seu trabalho descreve diversas de suas experiências com seu modelo de terra chamado terrella. Das experiências, ele conclui que a Terra era magnética e esse era o motivo pelo qual as bússolas apontam para o norte (anteriormente, era se dito que isto se devia a estrela polar ou as grandes ilhas magnéticas no pólo norte que atraiam a bússola).

Otto von Guericke, no século 17, fez uma grande bola de enxofre, que ele poderia rodar com uma mão e esfregue com a outra. Além de ser capaz de atrair pequenos pedaços de papel, (em vez de forma inesperada) produziu um estalo e minutos faíscas no processo de fricção. Pela primeira vez, viu-se que a eletricidade podia correr - na verdade, pensava-se que a eletricidade era algum tipo de líquido que pode ser transferida de um objeto para outro, esfregando.Notabilizado pelo estudo do vácuo e da eletrostática. Por volta de 1650, construiu uma máquina que provava os princípios da pneumática, realizou experiências com a pressão pneumática e com o vácuo. Concebeu experiências sobre a propagação do som e a extinção das chamas no vácuo. Em 1654 realizou uma série de experimentos chamados de experiência dos hemisférios de Magdeburg, onde estudou os efeitos da pressão atmosférica. Otto von Guericke projetou e construiu a primeira máquina eletrostática, constituída essencialmente de um globo de enxofre que podia ser girado e friccionado com a mão, de onde saltavam centelhas, o que o levou a teorizar a natureza elétrica dos meteoros luminosos, em especial dos relâmpagos.

Dispositivo bola de enxofre do Guericke foi amplamente utilizado e desenvolvido pelos primeiros cientistas. Foi um dos primeiros métodos de produção de eletricidade. Mais tarde, foi descoberto como, tendo feito o elétrico "fluido", que poderia ser armazenado em uma garrafa de Leyden - uma garrafa parcialmente cheio de água com uma corrente de metal pendurado por uma rolha no gargalo da garrafa. Este foi o precursor do capacitor. Musschenbroek e o seu aluno Andreas Cunaeus descobriram a possibilidade de armazenar energia numa garrafa cheia de água, onde estava mergulhada uma haste de bronze; a mão do experimentador fechava o circuito. O dispositivo para servia para armazenar cargas elétricas, foi o primeiro capacitor elétrico. O experimento montado em 1746 envolvendo um cano de arma pendurado em fios de seda. Numa extremidade que recebia a eletricidade estática de um globo de vidro rotacionado rapidamente com as mãos. Na outra extremidade com uma garrafa de vidro contendo um pouco de água, suspensa com um fio de bronze pendurada no suporte.

Benjamin Franklin viu a conexão entre as pequenas faíscas elétricas a partir de uma bola de enxofre e as grandes faíscas de relâmpagos - eram ambos os fluxos de energia elétrica "fluido". Ele provou seu ponto de vista em seu famoso experimento onde o cabo úmido de uma pipa voando em uma nuvem transmitiu a carga elétrica da nuvem de tempestade para a terra.No dia 15 de junho de 1752, em meio a uma tempestade, Franklin resolveu provar algumas de suas suposições científicas. O cientista usou um fio de metal para empinar uma pipa de papel. Este fio estava preso a uma chave, também de metal, manipulada por um fio de seda. Franklin soltou o "brinquedo" junto com o filho e observou que a carga elétrica dos raios descia pelo dispositivo. 

A perigosa experiência, realizada em 15 de junho de 1752, comprovou à comunidade científica da época que o raio é apenas uma corrente elétrica de grandes proporções. Como cientista voltado à praticidade e à utilidade de suas descobertas, Franklin demonstrou ainda que hastes de ferro ligadas à terra e posicionadas sobre ou ao lado de edificações serviriam de condutores de descargas elétricas atmosféricas. Estava inventado o para-raios.

Luigi Galvani italiano fez outra importante, porém acidental, descoberta no final do século 18. Ele descobriu que os fios de cobre e de ferro em contato com a perna de um sapo morto recentemente fez o seu contrato músculos, já que contraiu quando a loja de energia elétrica a partir de uma garrafa de Leyden foi passada através da perna. Galvani pensou que a perna tinha, de alguma maneira misteriosa, a eletricidade produzida por conta própria. Em seus estudos, dissecando rãs em uma mesa, enquanto conduzia experimentos com eletricidade estática, um dos assistentes de Galvani tocou em um nervo ciático de uma rã com um escalpelo metálico, o que produziu uma contração muscular (como uma câimbra) na região tocada sempre que eram produzidas faíscas em uma máquina eletrostática próxima. Tal observação fez com que Galvani investigasse a relação entre a eletricidade e a animação - ou vida. Por isso é atribuida a Galvani a descoberta da bioeletricidade.

A descoberta de Alessandro Volta, em 1799, da célula elétrica simples marcou o ponto de viragem no estudo da eletricidade. Ele mostrou que a contração muscular da perna do sapo observado por Galvani não tinha nada a ver com o próprio sapo, mas foi causada pelos fios de latão e ferro em contato com a umidade salgada nas pernas. Na verdade, eles fizeram uma forma primitiva de célula elétrica. Volta fez a sua própria célula eléctrica a partir de placas de cobre e de zinco numa solução de sal. Ele passou a construir uma bateria mais útil (ou pilha, como era chamado), unindo um número de células juntas. Em setembro de 1801 Volta viajou até Paris aceitando um convite do próprio imperador Napoleão Bonaparte, para mostra as características de seu invento (a pilha) no Institut de France. E, em honra ao seu trabalho no campo de eletricidade, Napoleão nomeou Volta conde em 1810.

O primeiro efeito importante da corrente elétrica a ser descoberto foi a sua capacidade de quebrar compostos químicos em seus elementos, ou eletrólise. No início do século 19 dois químicos ingleses, Carlisle e Nicolson, conectado as duas extremidades de uma pilha voltaica para dois fios de platina em tubos contendo ácido diluído. Bolhas rose dos fios e verificou-se que os fios foram de um composto de oxigénio, enquanto aqueles na outra eram hidrogénio. Os químicos concluiu corretamente que a água tinha sido decomposto em elementos que construíram-se, pela corrente elétrica.

Em 1819, um inteiramente sabia aspecto de energia elétrica tornou-se aparente. Desde os dias de Gilbert pensava-se que a eletricidade e o magnetismo estavam de alguma forma relacionados. Quando Hans Oersted desviou a agulha da bússola magnética por uma colocação de um fio carregando uma corrente elétrica sobre ela, ele demonstrou a natureza dessa relação - um fio transportando uma corrente elétrica se comporta como um ímã. Oersted passou a provar, em 1820, de que o fio torna-se rodeada por um campo magnético. 

André-Marie Ampère seguido essa descoberta com uma maravilhosa série de experimentos através da qual ele foi capaz de demonstrar completamente as leis de força entre os fios que transportam atual. Uma vez que as forças obedeceu leis, e quanto maior for a corrente, maior será a força é exercida, este efeito pode ser usado para as medições eléctricas precisos - é o princípio em que o galvanómetro, e a maioria dos amperímetros e voltímetros baseiam. Eletricidade tornou-se pela primeira vez uma ciência exata. 

Georg Ohm e, mais tarde, Kirchoff foram capazes de indicar a relação entre corrente, tensão e resistência em um circuito.

Georg Simon Ohm foi um físico e matemático, estudante da Universidade de Erlangen. Ohm realizou experiências e definiu o conceito de resistência elétrica.

Em 1827, Ohm realizou experiências com fios condutores de diferentes espessuras e comprimentos. Verificou que a resistência elétrica do condutor era inversamente proporcional à área da secção transversal do fio e diretamente proporcional ao seu comprimento. A partir de suas observações, definiu o conceito de resistência elétrica.

Gustav Robert Kirchhoff foi um físico alemão com contribuições científicas principalmente no campo dos circuitos elétricos. Kirchhoff formulou as leis dos nós e das malhas na análise de circuitos elétricos (Leis de Kirchhoff) em 1845, quando ainda era um estudante. Propôs a lei da emissão de radiação térmica em 1859, comprovando-a em 1861.

Michael Faraday foi o próximo descobridor elétrica importante. Ele rapidamente seguiu o trabalho de Oersted, utilizando grandes rolos de arame para fazer eletroímãs poderosos. Com estes Faraday foi capaz de fazer o primeiro motor elétrico simples. As forças que atuam entre duas bobinas de fio, um fixo e um móvel, faria a um móvel girar. Em seguida, ele ocorreu vários cientistas que, se uma corrente eléctrica pode produzir um efeito magnético, o reverso deve acontecer, e um íman pode ser usado para fazer uma corrente. Durante dez anos Faraday olhou para este efeito, até que finalmente ele conseguiu mostrar como uma corrente mudando em um fio pode produzir uma corrente em um fio vizinho. Este efeito é conhecida conhecida como a indução eletromagnética. A descoberta de Faraday levou diretamente para o dínamo, ou princípio gerador - quando uma bobina de fio é feito para rodar em um campo magnético de uma corrente é gerado no fio.

Thomas Alva Edison, o cientista e inventor norte-americano, desenvolveu este conceito e construiu um gerador elétrico capaz de fazer correntes muito maiores de energia elétrica do que as células simples da Volta. Era agora óbvio que a eletricidade em movimento era uma forma de energia. Na verdade, o gerador elétrico era uma maneira de converter energia mecânica em energia elétrica. Um fio de corrente torna-se quente, porque a energia elétrica está sendo convertida pela resistência do fio em energia térmica. Esta é a base de todas as formas de aparelhos de aquecimento elétrico. 

Humphry Davy encontrado que a eletricidade pode também ser usado para fazer a luz. Ele conectado aos terminais de uma bateria de dois grandes pedaços de carvão apenas separados um do outro, e fez uma luz branca brilhante, a primeira lâmpada de arco. 

Edison foi pioneiro na lâmpada moderna passando uma corrente através de um filamento de carbono fina encerrado em um bulbo de vidro, e fazendo-a brilhar incandescente. 

Em 1850, praticamente todos os efeitos elétricos importantes tinha sido descoberto e explicado. 

Houve duas exceções principais. Uma delas foi a existência de ondas eletromagnéticas. James Clerk Maxwell começou a partir de uma série de equações matemáticas, e ele mostrou que as ondas, perturbações eletromagnéticas, estão associados com todas as correntes de mudança de eletricidade.

Em 1882, Tesla descobriu o campo magnético rotativo, um princípio fundamental da física e da base de todos os dispositivos que usam correntes alternadas. Nesse mesmo ano, trabalhou na Companhia Continental Edison, em Paris. Dois anos depois, foi convidado para trabalhar na firma de Thomas Edison (1847-1931) em Nova Iorque, para onde se mudou. As divergências de opinião entre Tesla e Thomas Edison, sobre corrente contínua, foi o motivo do desentendimento entre eles. Tesla havia criado ferramentas para tornar viável o uso da corrente alternada, uma forma eficiente de transmitir energia a grandes distâncias, mas perigoso em caso de acidente. Edison, que baseava suas tecnologias na corrente contínua, era contra a “corrente assassina de Tesla”. A corrente alternada de Tesla é a que hoje corre nos fios de alta tensão do planeta.

Vinte e quatro anos depois, em 1887, Heinrich Hertz, físico alemão, realmente fez e detectou essas ondas. Esta descoberta levou à ideia, desenvolvida extensivamente por Gugielmo Marconi, que as ondas electromagnéticas pode ser usado para transmitir mensagens, sem fios, através do ar. Eles foram usados ​​primeiramente para enviar sinais telegráficos, ao longo de grandes distâncias, e, no século 20, para transmitir sinais de visão e som.

A questão do que a eletricidade era, e o que realmente corria em volta de um circuito elétrico não foi respondida até 1897, quando JJ Thomson descobriu o bloco de construção de energia elétrica, o elétron. Ele desviou uma corrente elétrica que flui através de um vácuo, usando um campo elétrico forte, e, por ver em que direção o feixe foi desviado, provou que era composta de pequenas cargas elétricas negativas, ou elétrons.
Robert Millikan, em 1911, mostrou que o elétron realizado a menor quantidade de carga possível. As minúsculas partículas, que estão presentes em toda a matéria, distinguiam-se por a quantidade de eletricidade que eles carregam.

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© Direitos de autor. 2017: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/01/2017