24 de maio de 2024

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Uma Jornada Fascinante: A História da Eletricidade e do Eletromagnetismo

Ao longo dos milênios, o fenômeno conhecido como eletricidade significou coisas diferentes para pessoas diferentes. Nas sociedades antigas, a eletricidade, especialmente na forma de raios, servia de inspiração para alguns dos deuses
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Ao longo dos milênios, o fenômeno conhecido como eletricidade significou coisas diferentes para pessoas diferentes. Nas sociedades antigas, a eletricidade, especialmente na forma de raios, servia de inspiração para alguns dos deuses mais poderosos de diversos panteões ao redor do mundo. No início da Revolução Científica, a eletricidade era vista apenas como um truque de salão. No século 19, a exploração do eletromagnetismo se tornou um empreendimento lucrativo. Hoje, os cientistas compreendem as propriedades atômicas que impulsionam o nosso mundo. No entanto, mesmo com esse notável conhecimento, muitas questões permanecem sobre os mistérios da eletricidade, o que significa que a história de 2.600 anos da eletricidade e do eletromagnetismo está apenas começando. O estudo da eletricidade, como muitas atividades científicas, tem suas origens na Grécia Antiga.

Nascido em 624 a.C., Tales de Mileto é um dos Sete Sábios da Grécia e é considerado o primeiro cientista do mundo. Tales investigou o funcionamento do mundo, desenvolveu teoremas matemáticos, experimentou com o magnetismo e registrou a primeira observação conhecida de fenômenos eletrostáticos. Em seus experimentos, ele esfregou diferentes materiais para analisar seus efeitos eletrostáticos. Ele observou que o âmbar, quando esfregado contra cânhamo ou pele de gato, ganhava uma carga que podia atrair materiais leves, como poeira e cinzas. Essa origem antiga está presente na forma como falamos sobre eletricidade, pois a palavra grega para “âmbar” é “elektron”. Na época, Thales não estava ciente dessa conexão, mas essa atração era causada por objetos carregados positiva ou negativamente. Através de um processo conhecido como “efeito triboelétrico”, o atrito pode causar a transferência de elétrons entre objetos, onde uma diminuição de elétrons resulta em uma carga positiva e um aumento de elétrons resulta em uma carga negativa. Como as cargas opostas se atraem, o âmbar de Thales atraía a carga oposta encontrada na poeira e nas cinzas.

Durante milênios após Tales, a eletricidade permaneceu um fenômeno natural inexplicado, muitas vezes atribuído a explicações divinas e, em grande parte, uma curiosidade inexplorada. No entanto, no século 17, a eletricidade estática abriria mais uma vez portas para descobertas que mudariam o mundo.

No início do século 18, o cientista inglês Francis Hauksbee, um ex-assistente de laboratório de Isaac Newton, inventou o que ele chamou de “máquina eletrostática”. Em 1705, Hauksbee descobriu que, se colocasse uma pequena quantidade de mercúrio no vidro de sua versão modificada do gerador de Otto von Guericke, evacuasse o ar para criar um vácuo moderado e esfregasse a bola para formar uma carga, um brilho era visível quando ele colocava a mão do lado de fora da bola. Essa descoberta notável não tinha precedentes na época. Esse brilho era forte o suficiente para ser lido. Em seguida, em 1729, um cientista amador chamado Stephen Gray conduziu experimentos eletrostáticos que envolviam, de forma estranha, suspender um menino com uma corda de seda, mas ele descobriu que a eletricidade poderia viajar através do contato, introduzindo as primeiras ideias de corrente elétrica e também de condutores e isolantes. Embora isso fosse interessante, essas descobertas não tinham muita utilidade inicialmente, e essas formas de geração elétrica estática se tornaram truques de salão praticados por artistas conhecidos como “eletricistas”. No entanto, a faísca estava acesa, e os cientistas, muitos dos quais ficaram fascinados por essas apresentações eletrificadas, decidiram aprofundar-se no assunto.

Um desses cientistas foi Pieter van Musschenbroek, que, enquanto trabalhava em Leiden, na Holanda, criou um frasco que poderia engarrafar efetivamente eletricidade estática. Conhecido como o “Frasco de Leyden”, esse dispositivo é usado em todos os nossos dispositivos eletrônicos hoje, embora com outro nome – o capacitor. Benjamin Franklin também participou de uma demonstração do “menino voador” em Boston e, em 1752, começou a explorar as complexidades do raio. Franklin cunhou os termos “positivo” e “negativo” em relação à carga elétrica e também conectou uma coleção de Frascos de Leyden para criar o que chamou de “bateria”. Franklin pensou que o dispositivo imitava a configuração de uma “bateria” de artilharia militar devido à quantidade de frascos de Leyden, e por isso o chamou de bateria.

Apesar de todos esses avanços, o conhecimento das propriedades da eletricidade ainda era um mistério, mas isso estava prestes a mudar. No final do século 18, uma rivalidade científica entre os cientistas italianos Alessandro Volta e Luigi Galvani desenterraria conhecimento sobre o funcionamento interno da eletricidade, como ela operava no corpo humano e, crucialmente, como ela poderia ser armazenada e usada para produzir um fluxo contínuo. Enquanto trabalhava para refutar a afirmação de Galvani de que a “eletricidade animal” era distinta de outras formas de eletricidade, Volta criou a pilha voltaica, que era uma torre de discos de cobre e zinco separados por papel embebido em salmoura, e esta foi a primeira bateria do mundo. Agora, as comportas da invenção se abriram verdadeiramente.

Em 1831, Michael Faraday descobriu a indução eletromagnética e criou o primeiro gerador elétrico. Esta é, sem dúvida, a maior descoberta da era elétrica, pois, com o gerador elétrico, a energia mecânica podia ser convertida em eletricidade. Hoje, usinas de energia, sejam hidrelétricas, eólicas ou até nucleares, usam turbinas e dínamos baseados na ciência da indução eletromagnética de Faraday. Com essas revelações, Samuel Morse inventou o telégrafo e enviou a primeira mensagem em 1844, usando energia elétrica para transmitir pulsos. Os claros benefícios comerciais do telégrafo, juntamente com as equações de John Clerk Maxwell sobre eletromagnetismo na década de 1860, criaram uma explosão sem precedentes de inovação nas mentes de Thomas Edison. Edison acabou desenvolvendo a primeira usina de energia do mundo, e com o conhecimento de Nikola Tesla sobre corrente alternada, tornou essas usinas viáveis. Mais tarde, o italiano Guglielmo Marconi, que investigou um tipo de radiação eletromagnética conhecida como ondas de rádio, criou o rádio de Marconi, o primeiro rádio do mundo, e recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1909.

Finalmente, cerca de 2.500 anos após Tales de Mileto ponderar sobre as propriedades atrativas de seu âmbar, as descobertas do elétron por J.J. Thompson em 1897 e do núcleo atômico por Ernest Rutherford em 1911 finalmente ajudaram a explicar o que exatamente era a eletricidade.

Mas como a eletricidade funciona? A eletricidade, juntamente com o magnetismo, faz parte de uma das quatro forças fundamentais da natureza, que são gravidade, eletromagnetismo, força nuclear fraca e força nuclear forte, e concentra-se na interação de partículas carregadas por meio de campos eletromagnéticos. No entanto, em termos de eletricidade, tudo se resume ao elétron – uma partícula subatômica teorizada pela primeira vez pelo físico francês André-Marie Ampère no início do século 19 e posteriormente descrita como uma “molécula eletrodinâmica”. Cada átomo é composto por um núcleo de prótons e nêutrons cercado por uma série de “camadas” contendo elétrons. Enquanto os elétrons próximos ao núcleo têm uma forte força de atração, os elétrons mais distantes, na chamada “camada de valência”, têm uma força muito mais fraca. Às vezes, esses elétrons fracos podem ser empurrados para fora de suas órbitas e viajar de um átomo para outro. Esses elétrons em movimento são o que chamamos de eletricidade.

Condutores, como cobre e prata, que possuem apenas um elétron em sua camada de valência, aceitam facilmente mais elétrons, tornando-os condutores. Isolantes, por outro lado, possuem camadas preenchidas ou quase preenchidas de elétrons, tornando-os resistentes a cargas elétricas. Semicondutores, no entanto, estão em algum lugar intermediário, o que significa que suas lacunas de banda não são nulas como os metais, mas podem se tornar condutivos usando aquecimento, dopagem ou, mais importante, campos elétricos. O mais famoso desses materiais é o silício, que torna possíveis os dispositivos portáteis que usamos hoje em dia. Esses chips de silício abrigam transistores que alternam entre isolantes e condutores graças a campos elétricos. De muitas maneiras, o transistor é o que virou a página da revolução elétrica para a digital.

A eletricidade pode parecer um campo complexo porque envolve conhecimento de vários cientistas e inventores, que foram aprimorando seu conhecimento ao longo do tempo. É incrível perceber que esse conhecimento se estende desde 624 a.C., com Tales de Mileto, até os dias atuais com os supercondutores. Você já conhecia a história da eletricidade? Tinha noção da quantidade de cientistas e inventores que participaram dessa história?

Imagem  Colin Behrens por Pixabay


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