Um experimento para a história: 185 anos da indução eletromagnética

Sem títuloHá alguns nomes muito importante na física do eletromagnetismo mas quando se fala em física experimental, o nome de Michael Faraday é facilmente lembrado. Faraday foi o primeiro a conceituar o campo eletromagnético, que mais tarde James Clerk Maxwell quantificaria. O grande número de suas conclusões e realizações lhe garante um lugar proeminente na história da física e da química.

Um fato inusitado é que apesar da curiosidade e da engenhosidade em fazer experimentações e de obter conclusões, Faraday era um ignorante em matemática! Fato que fez com que ele não  pudesse desenvolver um teoria eletromagnética mais sofisticadas, porém isso não tira sua capacidade cientifica, talvez só engrandeça suas descobertas,que mais tarde foram aperfeiçoadas e teorizada por maxwell entre outros.

A carreira cientifica de Faraday só comecou em 1912 , na época Faraday tinha apenas 22 anos, quando tornou-se assistente de Sir Humphry Davy a quem ele havia se apresentado anos antes no Royal institution. Nesse período como assistente, Faraday acompanhou Davi numa viagem em 1813 onde conheceu vário cientistas importantes, entre eles, Alessandro Volta( pilha elétrica), André Ampère(galvanometro) e o químico Joseph Gay-lussac(lei dos gases).

Logo depois, começou a participar ativamente na pesquisa de Davy, ajudando a desenvolver a lâmpada de segurança para os mineiros e envolvendo-se numa física primitiva sobre baixas temperaturas. Na verdade, apesar de sir Davy ter recebido o crédito em 1823, Faraday conseguiu liquefazer alguns dos gases mais importantes, incluindo dióxido de carbono e o cloro. Um grande passo, pois não era, até então, muito evidente que o gás pudesse ser mais do que um estado físico único.

Dois anos mais tarde, Faraday isolou o benzeno do óleo de baleia, que, 40 anos mais tarde, seria a chave para o desenvolvimento da química orgânica. Trabalhou nas tentativas de melhoramento do vidro usado para fazer lentes, descobrindo o que veio a ser chamado de Efeito Faraday – a rotação do raio de luz quando passa por um campo magnético. Em resumo, as descobertas de Faraday durante a década de 1820 foram realizações extraordinárias e de importância central, e não é de surpreender que tivesse sido eleito membro da Real Sociedade em 1824.

Faraday não havia se dedicado a pesquisas em Física até 1820, ano em que Ørsted divulgou a descoberta do eletromagnetismo, uma relação entre eletricidade e magnetismo que era esperada havia muito tempo, impressionando toda a comunidade científica da época. O fenômeno observado por Ørsted (o movimento da agulha de uma bússola em função da corrente elétrica que atravessava um fio próximo à bússola) apresentava propriedades de simetria desconhecidas até aquele momento (porque não se tratava de atrações e repulsões, mas sim de um efeito circular em torno do fio) e rapidamente cientistas em várias partes do mundo se voltaram para pesquisas nesta área.

Também Davy teve seu interesse desperto pela novidade e foi como assistente dele que Faraday teve seu primeiro contato com experimentos sobre eletromagnetismo. Ele registrou essa experiência em seu caderno de laboratório, em maio de 1821, e existem evidências que depois ele voltou sozinho ao laboratório para novas experiências. Provavelmente os resultados dessa iniciativa contribuíram para levar Richard Phillips, editor de uma importante revista da época (Annals of Philosophy), a convidá-lo para escrever um artigo de revisão sobre o novo campo de pesquisas eletromagnéticas.

Para escrever o artigo, Faraday teve que estudar grande parte do que havia sido publicado sobre eletromagnetismo até aquele momento. Nestes estudos repetiu os experimentos que os pesquisadores descreveram em seus artigos e buscou melhores interpretações para os mesmos. Essa atividade o levou ao correto entendimento do fenômeno relatado por Ørsted (embora ainda não houvesse clareza sobre o conceito de campo magnético, gerado pela corrente elétrica) superando interpretações equivocadas com as quais tinha se apegado anteriormente.

Estimulado por estas leituras e pelas controvérsias encontradas nos trabalhos que estudou, Faraday iniciou uma série de experiências inovadoras sobre rotações de imãs e fios condutores de eletricidade utilizando os efeitos eletromagnéticos. Ele mostrou, em 1821, que um ímã em forma de barra podia ser girado em torno de um fio que conduzisse uma carga elétrica e que, da mesma maneira, um fio suspenso, conduzindo eletricidade, giraria em volta de um ímã fixo. Na prática, ele conseguiu produzir rotações contínuas de fios e imãs em torno uns dos outros, ou em outras palavras, conseguiu transformar energia elétrica em energia mecânica. Esse trabalho, conhecido como “as rotações eletromagnéticas”, constituiu sua primeira contribuição importante ao desenvolvimento da nova área.

A repercussão deste trabalho aumentou seu prestígio na comunidade científica e promoveu seu relacionamento com renomados cientistas, como o francês André Marie Ampère, com quem estabeleceu intensa correspondência discutindo os resultados de pesquisas de ambos.

A partir desse período o trabalho de Faraday já era independente, mas não significou mais tempo dedicado ao eletromagnetismo. Ao contrário, nos anos que se seguiram foram poucas as ocasiões em que intercalou suas pesquisas em Química com experiências sobre eletromagnetismo. Faraday realizou uma experiência dezembro de 1824 que marcou o início de sua busca pelo efeito da indução eletromagnética. A experiência consistiu em introduzir um imã em um solenóide cujas extremidades estavam ligadas a um galvanômetro. A motivação da experiência pareceu seguir um raciocínio simples: se as correntes elétricas produziam efeitos sobre os imãs, os imãs deveriam produzir efeitos sobre as correntes elétricas. Embora saibamos que Faraday deveria ter observado alguma variação na corrente quando movimentava o imã no interior no solenóide, ele nada observou.

Os resultados negativos se repetiram ao longos dos anos enquanto buscava a produção de corrente elétrica por efeito da presença de imãs ou pelo efeito de outra corrente elétrica. Alguns anos posterior, já ocupando a vaga de pesquisador que era de Davy, Faraday mudou um pouco o foco de seus experimentos sobre electromagnetismo quando finalmente conseguiu que a corrente elétrica em um circuito induzisse  a corrente em um outro circuito. Esse resultado foi obtido em 29 de agosto de  1831.

As demonstrações de Faraday, no outono de 1831, sobre a indução eletromagnética foram de enorme importância para o mundo atual, duas das quais podendo ser classificadas como decisivas. Na primeira, em agosto de 1831, Faraday enrolou dois pedaços diferentes de fio em volta de um núcleo de ferro; um dos fios foi passado perto de uma bússola magnética e, quando ligou o outro a uma bateria, a variação resultante da agulha da bússola, como ele escreveu, “continuou por somente um instante”. Mas Faraday havia descoberto o princípio do transformador, e sua estátua na Royal Institution o mostra segurando a bobina de indução com a mão.

Faraday_disk_generator

Disco de Faraday, o primeiro gerador elétrico. O ímã em forma de ferradura (A) criado um campo magnético através do disco (D). Quando o disco foi gira, induz uma corrente eléctrica radialmente para fora a partir do centro para a borda. A corrente flui para fora através do contato da mola deslizante m, através do circuito externo, e de volta para o centro do disco por meio do eixo.

Para que uma corrente elétrica de forma continuada pudesse existir, sua segunda experiência, Faraday reconheceu a necessidade do movimento num campo elétrico, constituído de “tubos de força”, como ele descreveu, conseguindo logo depois desenvolver um gerador de disco. Para tanto, ligou um fio fixo no centro de um disco de cobre e outro, deslizando ao longo da beirada. Ligando os fios a uma pilha e colocando o disco entre as pernas de um ímã do tipo ferradura, conseguiu gerar uma corrente constante. Da mesma forma como, em 1821, mostrou que era possível transformar energia elétrica em energia mecânica, demonstrou então, em 1831, o inverso. Foi a primeira demonstração de um dínamo, ou gerador, que cerca de meio século depois seria o principal meio para o fornecimento de corrente elétrica ao mundo moderno.

Ele também construiu o primeiro gerador eletromagnético, chamado de disco de Faraday, um tipo de gerador unipolar, usando um disco de cobre em rotação entre os pólos de um ímã ferradura. Ele produziu uma pequena tensão DC, conta-se que quando o o primeiro-ministro visitou seu laboratorio e perguntou qual seria o propósito de um de seus geradores, Faraday respondeu: “Não sei, mas aposto que algum dia seu governo vai colocar um imposto sobre ele.”

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Referencias e leituras

Cruz, Frederico F. de Souza. Faraday & Maxwell- luz sobre os campos. Imortais da ciência.2005

FARADAY, M. A história química de uma vela. As forças da matéria. Intr. James Clerk Maxwell. Trad. Vera Ribeiro. Rio de Janeiro: Contraponto, 2003.

Wikipedia: Michael Faraday

Michaelfaraday.net

eletromagnetismoifes.blogspot : Michael Faraday

 

 

 

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