Um Breve Histórico da Eletricidade

O fenômeno elétrico é um dos eventos naturais que mais tempo levou para ser compreendido pela ciência. O primeiro registro de que se tem notícia a respeito da observação da eletricidade data do século VI antes de Cristo. Coube a Tales de Mileto observar que o âmbar, quando era atritado com lã, adquiria a capacidade de atrair cabelos humanos e pequenas partículas.

Âmbar é uma resina vegetal fossilizada, também usada como pedra preciosa na confecção de jóias. Normalmente trazem em seu interior insetos que foram aprisionados quando a seiva escorreu das árvores.

Esse conhecimento foi tratado como simples curiosidade por muito tempo. No século XVI Willian Gilbert, médico da corte inglesa, iniciou estudos mais organizados a respeito da propriedade do âmbar. Friccionando materiais, descobriu que não era exclusividade de âmbar a capacidade de atrair corpos após o atrito. Como âmbar em grego se diz ELECTROS, foi dado aquele fenômeno o nome eletricidade. (Essa idéia é atribuída a Gilbert).

Willian Gilbert (1540-1603), médico da corte inglesa que efetuou estudos organizados a respeito da capacidade de eletrização dos corpos.

Durante os cem anos seguintes, o conhecimento do fenômeno elétrico não evoluiu. Tudo que se fez a respeito foi utilizá-lo de forma recreativa. Só em 1729 ocorreu uma evolução significativa. Stephen Gray descobriu que a eletricidade era transportável de um corpo para outro. Após atritar um tubo de vidro com lã, percebeu que a rolha de cortiça que tampava o tubo adquirira a capacidade de atrair pequenos corpos. Concluiu que a eletricidade tinha passado do vidro para a cortiça. A fim de confirmar essa hipótese, isolou a rolha separando-a do vidro com um fio de cânhamo, e ainda assim a eletricidade passou para ela. Realizou então uma série enorme de experimentos e em um deles notou que, se no caminho entre o corpo atritado e o corpo na extremidade da corda de cânhamo ele ligasse um metal à terra, a eletricidade vazaria para a terra, não atingindo o corpo na extremidade da corda. Interpretou esse fenômeno por meio de uma analogia com o que aconteceria se, em vez de uma corda e eletricidade, houvesse um tubo levando água. Se se fizesse um furo no tubo, a água escaparia por ele e não atingiria a extremidade, e dessa analogia propôs que a eletricidade era um fluido. Sua teoria conservou-se durante muito tempo até se chegar a uma melhor compreensão da estrutura da matéria, já na passagem do século XIX.

Ilustração retirada de carta original escrita por Stephen Gray contendo vários experimentos a respeito da eletricidade. Mostra a condução da eletricidade desde o bastão de vidro até o corpo na extremidade através de uma corda. Note que objetos leves são atraídos pelo corpo.

Na mesma época, no campo da eletricidade estática, Charles Du Fay (1698-1739) descobriu a existência de duas eletricidades. Por ser correspondente de Stephen Gray, sabia que podia eletrizar corpos por contato. Por meio de um bastão de vidro eletrizado, eletrizou vários outros corpos e notou que eles se repeliam mutuamente. Da mesma forma eletrizou outros corpos pelo contato com âmbar eletrizado e notou que eles também se repeliam mutuamente. Porém, ao aproximar dois objetos eletrizados, um pelo vidro e outro pelo âmbar, verificou o surgimento de uma atração mútua. Concluiu que deveriam existir duas eletricidades, uma de natureza vítrea e outra de natureza resinosa. Propôs que os corpos que não manifestavam a propriedade elétrica continham a mesma quantidade de eletricidade vítrea e resinosa, e enunciou o que se conhece hoje como Lei de Du Fay.

CORPOS ELETRIZADOS COM ELETRICIDADES DE MESMA NATUREZA

SE REPELEM, CORPOS ELETRIZADOS COM ELETRICIDADES DE

NATUREZAS DIFERENTES SE ATRAEM.

Na América, Benjamin Franklin propôs que a matéria apresentava uma quantidade natural de fluido elétrico e que o fenômeno elétrico aparecia quando essa quantidade natural era alterada. Os corpos que recebiam fluido elétrico de outro corpo ficavam carregados positivamente e os que perdessem fluido elétrico ficariam carregados negativamente. Admitiu que os raios das tempestades eram fenômenos elétricos e capturou uma dessas descargas através de um papagaio. Afortunadamente essa descarga não foi de grande intensidade – se fosse, ele não teria sobrevivido. A partir desse experimento, criou o pára-raios.

Benjamin Franklin (1706–1790); à direita, ilustração alusiva ao experimento de Franklin visando capturar um raio durante uma tempestade.

Foi com Charles Augustin Coulomb que, em torno de 1784, a eletricidade passou da fase de análises qualitativas para a fase de análises quantitativas. Utilizando um aparelho criado por ele mesmo, a balança de torção, realizou uma série de experimentos e, entre 1784 e 1789, apresentou a sua teoria, que quantificava a força trocada entre corpos eletrizados:

“AS ATRAÇÕES OU REPULSÕES PRODUZEM-SE NA RAZÃO DIRETA

DAS DENSIDADES OU FORÇAS DE FLUIDO ELÉTRICO E NA RAZÃO
INVERSA DO QUADRADO DAS DISTÂNCIAS”.

Densidades ou força de fluido elétrico é o que hoje entendemos como quantidade de carga elétrica. Atualmente a Lei de Coulomb é apresentada nesta expressão:

Charles Augustin Coulomb (1736-1806); ao lado, esquema da balança de torção desenhada e usada por Coulomb para a determinação de sua lei.

A importância dos trabalhos de Coulomb foi enorme, pois abriram as portas para que a eletricidade pudesse ser estudada matematicamente. Conceitos como o de potencial elétrico, devido a Gauss, e posteriormente o de campo elétrico puderam ser criados e permitiram uma maior compreensão da eletricidade e sua ligação com os fenômenos magnéticos. Sob o ponto de vista matemático, os estudos atingiram o auge com as quatro equações de Maxwell (1831-1879) que descrevem todas as interações eletromagnéticas possíveis. No entanto, é importante notar que apesar de todas essas conquistas ainda não se conhecia a natureza corpuscular da eletricidade. Em outras palavras, não se conhecia o próton e o elétron. Sob o ponto de vista prático, os trabalhos experimentais de Alessandro Volta levaram-no à descoberta da pilha elétrica, em torno de 1800. A criação da pilha permitiu a geração de corrente elétrica por um tempo maior, o que facilitou sobremaneira os estudos da eletrólise, da eletroquímica e do eletromagnetismo, realizados no início do século XIX.

Alessandro Volta (1745-1827); ao lado, gravura da primeira pilha concebida por Volta, constituída de uma seqüência de moedas de zinco e cobre intercaladas com papel acidulado.

Em 1820, um dinamarquês de nome Hans Christian Oersted (1777-1851) descobriu experimentalmente que corrente elétrica gera campo magnético. Essa descoberta foi de fato magnífica, talvez uma das mais importantes na história da pesquisa da eletricidade, pois com base nela, os cientistas passaram a aceitar como possível a obtenção de corrente elétrica a partir do magnetismo. E muitos o tentaram, mas coube a Michael Faraday a descoberta da indução eletromagnética e, em conseqüência, a descoberta do gerador de energia elétrica a partir da energia mecânica. Basta mover convenientemente uma espira em um campo magnético para se obter corrente elétrica. Esse tipo de gerador é capaz de produzir potenciais elétricos muito maiores que os das pilhas voltaicas. São extremamente versáteis. Pode-se construí-los pequenos, para pequenas voltagens (como aquelas que alimentam a lâmpada de uma bicicleta), ou pode-se construí-los grandes (como aqueles que alimentam as cidades). Com essa descoberta, a eletricidade passou a ter um uso social. Foi possível obter energia elétrica em grande escala, motores elétricos foram criados, cidades foram iluminadas, os transportes coletivos tiveram um novo impulso. A vida mudou.

Michael Faraday (1791-1867); à direitra, ilustração de um gerador eletromecânico. A

espira girando no interior de um campo magnético produz uma corrente elétrica
induzida que é recolhida pelos anéis coletores.

Somente no final do século XIX é que se descobriu a existência do próton e do elétron através de experimentos em tubos de gases rarefeitos submetidos a enormes diferenças de potenciais. A teoria dos fluidos elétricos caiu por terra. A eletricidade tem natureza corpuscular, pois está associada a partículas e não a fluidos. Elaborou-se assim um modelo atômico que permitiu uma melhor compreensão da matéria e do fenômeno elétrico. No início do século XX, Max Planck (1858-1947) lança os fundamentos da Mecânica Quântica, que abriu um campo infindável de possibilidades para o uso da matéria como objeto elétrico. Por conta disso e de outras descobertas atingimos o atual estágio de desenvolvimento, em que os computadores pessoais talvez sejam os melhores exemplos do que ainda está por vir.