Esses são os caras - Faraday e MAXWELL

Michael Faraday (1791 -1867)

Indução eletromagnética e as Leis da Eletrolise

Até o início, a física do século XIX, tinha avançado consideravelmente, especialmente no ramo da mecânica, e seria  necessária uma sólida formação em matemática a seguir, profissionalmente, esta ciência que crescia rapidamente.  

No entanto, o físico experimental mais prolífico do referido prazo, na verdade, de qualquer período da história da física, era um homem cuja escolaridade formal não se estendeu para além das séries primárias. Ele desafiou a tradição em ainda outro aspecto; por comparação com a maioria de seus antecessores, suas maiores contribuições foram feitas relativamente tarde na vida. Os dois podem ter alguma relação uma à outra, podendo estar ligado por uma terceira característica; Faraday dedicou sua vida adulta completamente à causa da ciência, não permitindo que nada interferisse com sua singeleza de seu propósito.

 O filho de um ferreiro que ganhava pouco e mal dava para sustentar a família, Michael Faraday nasceu em Newington Butts, perto de Londres, em 22 de setembro de 1791.  

A Revolução Industrial estava em pleno andamento, como uma outra, transição mais brutal, a Revolução Francesa. Foi em grande parte por causa de descobertas elétricas de Faraday que a indústria progrediu tão rapidamente durante a segunda metade do século XIX. Faraday recebeu uma educação formal somente entre as idades de cinco e treze anos.  

 

Por sua própria conta este "... foi a descrição mais comum, que consistia em pouco mais do que os rudimentos da leitura, escrita e aritmética em uma dia de escola comum." Aos treze anos ele se tornou garoto de recados para um encadernador, e no ano seguinte a ele assumiu durante o período normal de sete anos. Ele tornou-se profundamente interessado em livros que o levou a educar-se, lendo tudo o que podia encontrar, especialmente livros científicos. Estes estimularam-no para que ele participasse de várias palestras sobre a química entregues por Sir Humphry Davy (1778-1829).  

Ele estava determinado de qualquer forma a fazer da ciência a sua carreira, e quando seu aprendizado expirou em 1812, logo foi contratado por Davy para um cargo, tendo como prova das suas capacidades algumas notas que tinha tirado de palestras de Davy.  

Davy, que era então presidente da Royal Society, contratou Faraday como seu assistente com um salário de vinte e cinco xelins por semana, além de salas de estar no topo da Royal Institution. A julgar pelos fatos, Faraday teria ficado feliz em trabalhar mesmo se não recebesse um xelim, ou com o suficiente apenas para fornecer os itens mais essenciais, tão apaixonado era o seu desejo de trabalhar em ciência.

Seus primeiros trabalhos com Davy foi em grande parte no campo da química. Sua primeira publicação, em 1816, foi um artigo que descrevia uma análise que tinha feito de uma amostra de cal viva da Toscana. Durante os próximos quatro anos, ele publicou quase quarenta artigos e notas, culminando com sua descoberta, em 1820, de dois cloretos de carbono. Ele treinou-se penosamente, tanto na ciência e na arte de palestras, tornando-se igualmente competentes em ambos.  

Ele começou a dar palestras na Royal Institution, em 1827, em uma série que continuou por mais de trinta anos, e marcou-o um brilhante professor popular. Ele se identificava com o público uma vez que a formação científica escassa de Faraday, especialmente em matemática, obrigara-o a buscar explicações simples; daí o seu sucesso em palestras para o público em geral. Esta é talvez uma simplificação exagerada. Sem dúvida, sua falta de formação teve alguma influência sobre a maneira pela qual ele se aproximou desses problemas em que ele trabalhou, mas o seu sucesso, seja na pesquisa ou na plataforma de palestra, dificilmente poderia ser atribuída a essa deficiência.

 

Faraday tornou-se interessado em fenômenos eletromagnéticos na sequência da descoberta de Oersted dos efeitos magnéticos de uma corrente em 1820 e descoberta de Ampère, logo depois, da ação de correntes de um sobre o outro. Ele realizou experimentos que levaram ao Princípio do motor elétrico. Estes ímãs envolvidos organizados e condutores de transporte de corrente, de modo que tanto os condutores ou os ímãs tinham a liberdade de rotação continua. 

A Publicação de seus resultados envolveram Faraday em um lamentável mal-entendido com Davy, que denunciou que Faraday tinha tido a ideia de alguma obra de William Wollaston (1766-1828) e Davy na mesma área. Mesmo assim, durante a oposição de Davy, Faraday foi eleito para a  Royal Society em 1824; Ainda no ano seguinte, por recomendação de Davy, foi nomeado diretor do laboratório no Royal Institution. Em sua nova posição, ele foi fundamental na reorganização das atividades da instituição. Ele deu origem a uma série de reuniões noturnas que se tornaram conhecidos como os discursos, e que são tradicionalmente feitas até os dias de hoje, e ele começou, em 1826-1827, os cursos muito populares de palestras, que foram projetadas para o público juvenil e continuar a partir daí a atraí-los em grande números.

Depois de sua breve experiência com fenômenos elétricos, Faraday voltou a investigações químicas. Ele liquidificou o cloro, o que resultou em outra disputa com Davy, e descobriu o composto agora conhecido como o benzeno. Até então muito conhecido, Faraday teve várias oferertas para posições governamentais. Ele tornou-se professor na Academia Militar Real, um membro da Assessoria Comissão Científica do Almirantado, e cientista assessor da Trinity House. 

Ele voltou para seus experimentos elétricos ao longo do tempo, em um esforço para descobrir a indução da eletricidade, mas não observou qualquer efeito até 1831, quando ele melhorou o acoplamento entre as bobinas por meio de um núcleo de ferro. Faraday tinha quarenta anos quando descobriu a indução eletromagnética, mas ele continuou a fazer contribuições importantes por muitos anos ainda. Em comparação com muitos outros contribuidores notáveis na física, tanto antes como depois de Faraday, esta era uma idade relativamente avançada na vida para a quaisquer descobertas fundamentais na física, haja visto que todos os grandes cientistas deram suas maiores contribuições à ciência antes dos 30 anos de idade.

Dois anos mais tarde, ele mostrou a identidade dos diferentes tipos de energia elétrica: a partir de células fotovoltaicas, atritos e indução eletromagnética. Faraday, em seguida, virou-se para eletroquímica, onde ele estendeu o trabalho de Davy, Berzelius, e outros, para formular suas leis conhecidas de eletrólise, juntamente com uma nova terminologia que ainda está em uso. Sua mente fértil levou-o a partir de um problema para o próximo com notável agilidade. Em 1834, a indução de novo investigada, incluindo a auto-indução, que descobriu independentemente de Henry Joseph (1797-1878), e a indução de eletricidade estática. Ele tentou explicar a ação a distância de efeitos eletromagnéticos em termos de linhas de força, linhas imaginárias que se revelaram úteis na explicando desses fenômenos, e que, ao enfatizar o papel do meio em tais efeitos, levou eventualmente à conceito de campo. Ideia muito à frente de seu tempo.

Problemas de saúde o impediram de trabalho ativo para o número de anos que ainda viriam, mas ele retomou suas pesquisas em 1844 com um estudo sobre a liquefação de gases. No ano seguinte, encontrou e investigou o efeito de um campo magnético sobre a luz, durante a qual descobriu a rotação do plano de polarização de um raio de luz em um campo magnético (efeito de Faraday) e diamagnetismo (INCRÍVEL, NÃO?). Ano após ano, ele deleitou o mundo com um fluxo constante de importantes descobertas. E as honras amontoadas sobre ele não conseguiram diminuir seu enorme ritmo. Ele colocou de lado as atividades que poderiam interferir com a sua pesquisa. Por duas vezes ele se recusou a aceitar a presidência da Royal Society. Ele renunciou a seu cargo de professor na Royal Institution, em 1861, com a idade de setenta, e continuou a sua pesquisa por mais um ano. Seu último trabalho foi uma pesquisa para a separação de um feixe de luz em um campo magnético. Ele não foi bem sucedido nisso, mas o efeito foi descoberto mais tarde por Pieter Zeeman (1865-1943). Faraday morreu em 1867, pondo fim a uma carreira que teria tributadas as energias de vários homens comuns.

Suas descobertas elétricos foram relatadas para a Royal Society e, mais tarde publicada como pesquisas experimentais em eletricidade, tanto em livro Forni e na Philosophical Transactions. Ele tinha o hábito de numeração de cada parágrafo consecutivamente ao longo de sua obra e de se referir às entradas anteriores pelo número do parágrafo.

Dos extratos que se seguem, o primeiro (através nº 120) foi lido perante a Sociedade, em 24 de novembro de 1831 e apareceu em Philosophical Transactions (1832), página 125. O segundo, sobre a indução de eletricidade estática, foi escrito sob a forma de uma carta a R. Phillips, Esq., e apareceu em Philosophical Magazine, 22 (1843), página 200. O último extrato, começando com o parágrafo 661, apareceu na Philosophical Transactions (1834), página 77. Ali podem ser encontrados, como bem, em pesquisas experimentais de Faraday em Eletricidade (London: R. e JE Taylor, 1839-1855), volumes 1 e 2. >>>>ESSE É O CARA<<<<< GROKOU?

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James Clerk Maxwell (1831-1879)

O campo Eletromagnético

Das principais realizações da física, dois podem ser apontados para a maneira em que eles servem para sintetizar grandes conhecimentos. No final do século XVII, Newton publicou seu famoso Principia, no qual ele unificou, em termos de algumas leis simples, que eram então conhecidas da dinâmica. Exceto para as correções quando necessário estar de acordo com a teoria da relatividade para corpos que viajam a uma velocidade muito alta, raramente encontrados, exceto em fenômenos subatômico, as leis do movimento de Newton continuam sendo a base para a ciência da mecânica. Pouco se sabia na época de Newton sobre a natureza da luz; fenômenos eletrostáticos e magnetostáticos que haviam sido observados por Franklin, Gilbert, e outros, mas a conexão entre eletricidade e magnetismo, ou entre estes e a luz, não deram prosseguimento. Quase dois séculos depois, Maxwell fez pelos fenômenos eletromagnéticos o que Newton fez para a mecânica. Ele resumiu tudo o que era então conhecido a respeito da luz, eletricidade e magnetismo. Mas este não foi tudo. Ele formulou a estrutura matemática, agora conhecido como equações de Maxwell, que apontaram para o meio do "éter" e serviu de base para teoria eletromagnética. Ele previu a existência de ondas elétricas que se propagavam através do espaço, descoberto mais tarde por Hertz, e ele contribuiu, não menos com sucesso, a outros ramos da física, nomeadamente para a teoria cinética dos gases.

James Clerk Maxwell nasceu em uma família bem dotada, em Edimburgo, na Escócia, em 13 de junho de 1831, numa altura em que Faraday estava no meio de suas mais importantes descobertas elétricas e apenas alguns anos antes Lenz enunciar  seu Princípio de de indução elétrica. Ele cresceu em um período observando principalmente, na física, os progressos em eletricidade, termodinâmica e teoria cinética, e pela primeira formulação clara, por Hermann von Helmholtz (1821-1894), de um Princípio de geral de conservação de energia.

 

Maxwell era um jovem precoce curioso mas não para quem foi educado particularmente por um tempo antes de entrar em Edimburgo Academy com dez anos de idade apenas. Lá, depois de um início lento, ele começou a exibir talentos extraordinários, não só em matemática, em que se destacou, mas também na escrita de versos Inglês, uma prática pela qual ele agradou todos seus amigos em sua vida. Depois de passar seis anos na academia e três anos na Universidade de Edimburgo, Maxwell passou a Cambridge, onde foi eleito um estudioso no Trinity College e recebeu seu diploma com honras em 1854.

Ele permaneceu no Trinity por mais dois anos, estudando obras de Faraday e engajou-se em suas próprias pesquisas sobre matemática, óptica geométrica, e a teoria da cor. Em 1856 ele foi eleito para a cátedra em Filosofia Natural na Marischal College, Aberdeen, onde completou a primeira de suas muitas contribuições notáveis em física matemática. Esta foi seu primeiro ensaio e recebeu o Prêmio Adams sobre a estabilidade dos anéis de Saturno, um trabalho que o colocou entre as fileiras da frente de seus contemporâneos. Foi aqui também que ele se interessou pela teoria cinética dos gases e resolveu o problema da distribuição de velocidades entre as moléculas de um gás, conhecido geralmente como a distribuição de Maxwell. A importância de sua prova formal desta lei não passou em branco e não há dúvida da precisão do resultado final.

Em 1860, Maxwell foi nomeado Professor de Filosofia Natural no Kings College, em Londres, onde permaneceu durante os próximos cinco anos, período que foi o seu mais criativo. Ele completou o seu trabalho sobre a teoria da cor, desenvolveu sua teoria da eletricidade e magnetismo, contribuiu ainda mais para a teoria cinética dos gases, e investigou experimentalmente a viscosidade do ar em diferentes temperaturas e pressões. O último deles foi objeto de uma Palestra Bakerian que Maxwell apresentou à Royal Society no início de 1866. No mesmo ano, ele publicou um artigo sobre a Teoria Dinâmica de Gases, em que certos erros em seu trabalho anterior sobre a teoria cinética, salientado por Rudolph Clausius (1822-1888), foram corrigidos. Foi também durante este período que ele tomou parte ativa, juntamente com B. Stewart e F. Jenkin, em experimentos para determinar o valor do ohm em sua medida absoluta.

Maxwell renunciou a seu cargo de professor no final da sessão acadêmica 1865 para dedicar seu tempo mais plenamente aos seus estudos científicos, e para o estudo da literatura Inglês, que ele muito apreciava. Durante os próximos anos, ele completou a maior parte de sua obra clássica sobre a teoria eletromagnética, embora não tenha sido publicada até 1.873. Enquanto na aposentadoria Maxwell parcialmente inspirado e prestou apoio ativo a um movimento para estabelecer uma cadeira de física experimental e um laboratório de física em Universidade de Cambridge. Em 1871, a universidade aprovou um tal cadeira e Maxwell foi nomeado professor de física experimental e diretor do Laboratório Cavendish recém estabelecido, nomeado para ser um dos experimentadores mais ilustres associados ao "Cambridge, Henry Cavendish".

Maxwell deu muito do seu tempo durante os próximos anos para a construção e decoração do novo laboratório, que foi oficialmente inaugurado em 1874 e logo se tornou um dos principais laboratórios de investigação físicos do mundo. Seus próprios interesses durante este período foi dada principalmente para palestras e para a tarefa de editar os trabalhos de Henry Cavendish, , cujo trabalho ainda não publicado sobre eletricidade teórica e experimental impressionou Maxwell pela sua originalidade e pelo fato de que ele antecipou várias descobertas mais tarde feitas por outros. O coroamento de Maxwell foi, naturalmente, a sua teoria do campo eletromagnético, no qual, entre outras coisas, ele mostrou que a luz era um fenômeno eletromagnético, no mesmo sentido, como eletricidade e magnetismo, e imaginou a propagação de ondas elétricas através do éter. Infelizmente, ele não viveu para ver a confirmação experimental de sua previsão, pois ele morreu no auge de sua carreira, com a idade de quarenta e oito anos, em novembro de 1879, oito anos anteriores que Hertz demonstrou a existência de ondas elétricas. Foi então que o gênio de Maxwell foi totalmente reconhecido e sua fama duradoura assegurada.

A contribuição de Maxwell para o desenvolvimento da física vai muito além das soluções que encontrou a problemas particulares. Como Einstein apontou em comemoração do nascimento de Maxwell:

Podemos dizer que, antes de Maxwell, a realidade física, na medida em que era para representar os processos da natureza, era pensada como consistindo em partículas de materiais, cuja variação consistia apenas em movimentos regidos por equações diferenciais parciais. Após Maxwell a realidade física tem sido  representada por campos contínuos, regido por equações diferenciais parciais, e não é capaz de qualquer interpretação mecânica. Esta mudança na concepção da realidade é a mais profunda e mais frutífera que a física tem experimentado desde a época de Newton.

 

Maxwell deu forma matemática a concepções de Faraday dos fenômenos elétricos. Ele deriva de um conjunto de equações que relacionam ali os conhecidos fenômenos elétricos e magnéticos; ou seja, as equações dão as relações quantitativas entre os campos elétricos e magnéticos, que variam no tempo e produzem esses campos. Eles contêm a lei de Coulomb da força entre cargas elétricas, bem como a sua lei correspondente para os pólos magnéticos, a descoberta do efeito magnético de uma corrente elétrica, o trabalho de Ampère em eletrodinâmica e de Oersted, a lei de Ohm, relativa a corrente em um condutor para a diferença de potencial através dele , a lei de Faraday de indução electromagnética, e, é claro, a lei de Lenz.  

Elas contêm tudo isto e muito mais, pois eles incluem a hipótese de Maxwell de que as ondas eletromagnéticas devem proceder a partir oscilações de correntes elétricas e se propagam através do espaço livre com a velocidade da luz. Dadas as forças elétricas e magnéticas em todos os lugares no espaço em algum momento inicial, as equações de Maxwell permitem o cálculo dos efeitos dessas interações. Faraday achava útil a consideração da ação à distância, típico de fenômenos elétricos e magnéticos e gravitacionais (também), em termos de unificação dessas forças. O meio assim serve para acomodar o campo elétrico e magnético, e uma vez que os efeitos podem ser transmitidos através do espaço vazio, ficou claro que o meio não pode ser de forma material ordinária. O conceito de um éter elástico como meio de transmissão de forças elétricas e magnéticas cresceu por analogia com a física de fluidos, pois era difícil conceber um meio contínuo com uma característica própria. Na verdade, há uma semelhança na estrutura e escala de aplicação entre as equações de Maxwell e as equações fundamentais da dinâmica dos fluidos. Apesar do fato de que o éter previsto por Maxwell não é mais considerado um conceito físico útil devido às inconsistências divulgadas pela teoria da relatividade, a ideia de um campo eletromagnético associado com os fenômenos observados continua a ser um recurso conceitual importante do eletromagnetismo.

  

Vale a pena grokar que "esse é o cara".

Forte abraço,
Prof. Sérgio Torres
Dicas de Física e Super Interessantes

                                                     Sergio Torres

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