Du Fay
descobrira que os corpos carregados com a mesma espécie de
'eletricidade' repelem-se mutuamente, e os carregados com espécies
opostas se atraem. Pode-se provar este ponto com uma experiência
simples.
Corte uma tira fina de uma lâmina metálica de cerca de duas polegadas de
comprimento e prenda-a a uma das extremidades de um isolador, como o plástico
ou o papel, com um pedaço de fita adesiva. Seu eletroscópio de lâmina
de metal deve ficar suspenso livremente em seu suporte. Agora friccione
uma peça de plástico, como uma caneta ou um pente, com um pedaço de
pano, para produzir uma carga elétrica. Quando o plástico tocar a lâmina
metálica, transferirá parte de sua 'eletricidade' para ela. Faça isto várias
vezes para acumular uma boa quantidade de carga no eletroscópio. Se o plástico
carregado for agora colocado junto da lâmina metálica, esta última será
repelida, porque ambos os objetos contêm a mesma espécie de
'eletricidade'.
Em seguida, eletrifique um pedaço de vidro friccionando-o vigorosamente,
e chegue-o junto do eletroscópio, sem tocá-lo. A lâmina de metal será
atraída pelo vidro, porque os dois objetos têm espécies opostas de
'eletricidade'. Se repetir a experiência com várias substâncias e
materiais, você não terá dificuldade em repetir as observações de Du
Fay.
É difícil
superestimar a importância da descoberta de Du Fay. 0 vidro, os plásticos
e o metal já existiam há séculos, mas esta grande verdade sobre a
'eletricidade' tinha resistido à descoberta. Com o novo conhecimento da
atração e repulsão elétricas firmemente estabelecido, Du Fay
desenvolveu a primeira teoria importante da 'eletricidade' --- a teoria
dos dois fluidos. Embora ela fosse eventualmente destruída por Franklin,
serviu ao importante propósito de estimular o interesse pela
'eletricidade' e orientar as pesquisas experimentais.
Máquinas
elétricas
Seguindo a direção mostrada por Guericke,
as máquinas geradoras de 'eletricidade' foram sendo gradualmente
melhoradas, à medida que se aprendia mais sobre a 'eletricidade'
produzida pela fricção (atrito) . Chegou-se a substituir a velha prática
de gerar 'eletricidade' pela fricção (atrito) de várias substâncias
com a mão. Uma máquina construída por Priestley
incorporou a maior parte dos melhoramentos conhecidos na época. Conforme
mostra a ilustração abaixo, ela consistia de um frasco de vidro fixado
com cimento, a um eixo de metal. 0 frasco era girado rapidamente por meio
de uma manivela, duas polias e uma correia.
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Máquina elétrica
de Priestley
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Um amortecedor
de borracha foi colocado de encontro ao frasco, onde ele produzia
'eletricidade' por fricção (atrito) . A carga elétrica era coletada por
vários fios que roçavam suavemente a superfície superior do globo. Os
objetos podiam ser eletrificados fazendo-os tocar o condutor primário
em A.
As máquinas elétricas
atingiram grande prestígio pela metade do século dezoito, e os
cientistas começaram a eletrificar tudo que viam. Descobriu-se que as
centelhas elétricas podiam inflamar a pólvora, o éter ou o álcool. As
crianças eram eletrificadas rotineiramente e com segurança,
suspendendo-as por meio de cordas isolantes e fazendo-as tocar o condutor
primário de uma máquina elétrica. Fazia-se então saltar centelhas de
seus corpos, para divertimento de todos. Apagavam-se velas e se reacendiam
rapidamente por meio de centelhas elétricas, e o álcool era inflamado
por um jato de água eletrificado.
A
'eletricidade' em um vaso
Talvez a mais desconcertante descoberta do século fosse o famoso vaso
de Leyden - um vaso ou garrafa que tinha a interessante
propriedade de armazenar grandes quantidades de 'eletricidade'. Foi
descoberta independentemente e quase simultaneamente em 1745 por E.
G. von. Kleist, da Pomerânia, e Musschenbrock,
de Leyden. A forma que veio a tomar posteriormente está ilustrada abaixo.
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Condutores
de lâminas metálicas foram colocados envolvendo as partes interna e
externa de um recipiente de vidro, seco, tendo-se o cuidado de impedir
que os dois condutores se tocassem. 0 vaso foi eletrificado ligando o
condutor interno ao condutor primário de uma máquina elétrica,
enquanto que o condutor externo foi ligado à terra, seja através da mão
do experimentador, seja por conexão direta. Quando foi desligado da máquina,
o vaso estava altamente carregado com 'eletricidade'. |
Poderia
então fazer o experimentador sentir um poderoso choque elétrico, se ele
tocasse os condutores interno e externo ao mesmo tempo. Se tocasse um ou
outro separadamente, não haveria nenhum choque.
Hoje podemos reproduzir tal 'garrafa de Leyden' com facilidade; basta
cortar uma garrafa PET aos 3/4 de sua altura e revestir interna e
externamente parte dessa garrafa com 'papel alumínio' de uso doméstico.
Ali estava um
novo e estranho efeito elétrico. No passado, tinham sido produzidos
centelhas e choques elétricos quando se permitia que a 'eletricidade'
acumulada se escoasse para a terra através
de alguma espécie de condutor, como o corpo humano. Mas a terra não
desempenhava nenhuma parte na descarga elétrica do vaso de Leyden. Sua
'eletricidade' deslocava-se apenas de
um de seus condutores para o outro.
Uma experiência típica daqueles dias consistia em descarregar o vaso
através de um circuito ou roda formada por muitas pessoas com as mãos
dadas. Assim que a conexão de um condutor com o outro era completada
através do circuito humano, cada indivíduo recebia um choque ao mesmo
instante.
0 princípio do
vaso de Leyden foi primeiramente explicado por Benjamin
Franklin (1706-1790), o primeiro grande cientista americano.
Nascido em Boston, ele era o décimo filho de um fabricante
de sabão que tinha emigrado da Inglaterra. Tornou-se editor de sucesso em
Filadélfia e desempenhou parte ativa na política. Conhecemo-lo
principalmente como um dos signatários da
Declaração de Independência, e pela parte que desempenhou na
luta pela independência das colônias americanas.
Franklin pôde
explicar todos os fatos elétricos conhecidos com base em uma única
espécie de "fluido" elétrico. Se um objeto contivesse a
quantidade normal, era eletricamente neutro. Se contivesse mais ou menos
que tal quantidade, ele seria eletrificado de uma ou de outra maneira ---
positivamente, no caso de excesso, e negativamente, no caso de uma deficiência do fluido.
As partículas do fluido elétrico repelem-se mutuamente. Quando um corpo
tem uma grande carga elétrica, o fluido tenta equalizar-se, escoando para
outros corpos através de um condutor.
0 vaso de
Leyden, carregado, consiste de dois condutores com cargas iguais mas
opostas. Quando o condutor interno é eletrificado positivamente, o
externo é eletrificado negativamente, na mesma quantidade. Franklin
explicou como surge esta condição.
"Seja
qual for a quantidade de fogo elétrico introduzida em cima (condutor
interno), uma quantidade igual sai por baixo (condutor externo)."
Este princípio
é ilustrado abaixo.
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Quando
uma carga elétrica (o fluido de Franklin) flui para o condutor
interno, uma quantidade igual sai pelo condutor externo para o solo.
0 fluxo se interrompe quando o vaso é carregado até sua capacidade elétrica
total. Mas se o condutor externo for isolado da terra, o vaso não
poderá ser eletrificado. |
Franklin
explicou que o fluido que entra no condutor interno produz um força de
repulsão sobre o fluido contido no condutor externo. Similarmente, o
fluido já existente no condutor externo repele o fluido que entra no
condutor interno. Se a 'eletricidade' não puder escoar para a terra,
partindo do condutor externo, muito pouca poderá entrar no condutor
interno, vinda da máquina de fricção (atrito). Assim, o vaso não pode
aceitar uma carga de 'eletricidade' se seu condutor externo estiver
isolado da terra. Isto explica por que os primeiros experimentadores
consideravam necessário manter o vaso nas mãos. Seus corpos constituíam
o caminho para o escape da 'eletricidade' para o solo.
Franklin e
outros descobriram que a forma do vaso de Leyden não tinha importância.
Obtiveram a mesma armazenagem de 'eletricidade' com um pedaço de vidro
plano coberto com chumbo em ambas as superfícies. Tais "vasos
planos" são conhecidos ainda hoje como "placas de
Franklin". Hoje em dia, esses reservatórios de 'eletricidade' são
chamados de "capacitores" (antigamente,
"condensadores").
Devem sua
grande "capacitância" (antigamente, "capacidade") elétrica
às áreas relativamente grandes comparadas com o pequeno espaçamento dos
condutores. Os capacitores modernos, mais simples, são fabricados de lâminas
de metal separadas por finas folhas de papel ou mica. Constituem parte
indispensável de qualquer aparelho de rádio ou televisão.
A
'eletricidade' do céu
0 maior feito experimental de Franklin foi a descoberta de que o raio é
meramente uma enorme centelha elétrica. Ainda se acreditava, no século
dezessete, que vapores sulfurosos se acumulavam durante as tempestades,
explodindo em chamas sob a forma de raio.
Franklin utilizou sua famosa experiência do
papagaio para mostrar que as nuvens de tempestade contêm 'eletricidade'.
Usou um papagaio de seda para "resistir à umidade e ao vento de um
temporal sem rasgar-se". Como ilustramos abaixo, um cordel molhado
foi ligado a um pedaço seco de fita de seda, que era segurado pelo
experimentador. A seda impedia o escoamento da 'eletricidade' para a
terra.
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A famosa experiência
do papagaio
de Franklin, para captar a eletrici-
dade atmosférica
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Logo que uma nuvem de tempestade passou por cima do
papagaio, a 'eletricidade' foi conduzida através da linha molhada, até
à chave de metal. Franklin colocou a chave em um vaso de Leyden, e dessa
maneira, carregou o vaso com 'eletricidade'. Ele escreveu que
"com
o fogo elétrico assim obtido, podia-se fazer inflamarem os espíritos, e
realizar todas as outras experiências elétricas que usualmente são
feitas com a ajuda de um globo ou tubo de vidro friccionados (atritados);
desta maneira, fica completamente demonstrada a identidade da matéria elétrica
com a do raio”.
A experiência
provocou grande excitação entre os cientistas, sendo logo repetida
muitas vezes na Europa. Entretanto, o grande perigo que constituía para a
vida ainda não tinha sido suspeitado. Em 1753, Richmann,
de São Petersburgo, foi morto instantaneamente quando fazia experiências
com a 'eletricidade' atmosférica.
CUIDADO!
- Jamais deixe seu filho empinar 'pipas' em dias de chuva! Com a linha
apenas úmida a descarga da atmosférica para o corpo do garoto é
iminente.
O
raio subjugado
A descoberta realizada por Franklin
de que o raio é uma descarga súbita de 'eletricidade' entre uma nuvem e
a terra, levou-o à idéia de utilizar pára-raios para proteger edifícios
e navios. Conforme ilustramos abaixo, Franklin sabia que um condutor
carregado pode ser descarregado aproximando-se dele um condutor provido de
uma ponta.
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Princípio
do pára-raios.
A carga elétrica em excesso
tende a deixar o corpo eletri-
zado e passar para um con-
dutor pontiagudo mergulha-
do na terra. |
A presença de
uma ponta aguda parecia atrair a 'eletricidade' para fora de um corpo
carregado, fazendo-a escoar-se para o solo. Uma vez que a natureza do raio
é elétrica, uma nuvem podia tomar o lugar de um condutor carregado, na
experiência. Ele imaginou que uma haste pontiaguda colocada bem alto,
sobre o topo de um edifício, poderia
“atrair
silenciosamente o fogo elétrico para fora de uma nuvem, antes que
chegasse suficientemente perto para ferir, protegendo-nos desta maneira
contra uma súbita e terrível desgraça”.
Levantou-se uma
grande controvérsia sobre se as hastes deviam ser rombudas ou
pontiagudas, ou se poderiam atrair raios que de outra maneira passariam de
lado, sem causar danos. Os argumentos de Franklin venceram, entretanto, e
logo os pára-raios pontiagudos começaram a ser usados para proteger edifícios
em todo o mundo.
Seguindo-se ao
trabalho de Franklin, uma grande quantidade de descobertas foram
realizadas na Europa. Johan Carl Wilcke
(1732 - 1796), secretário da Academia de Ciências da Suécia, descobriu
que as duas espécies de 'eletricidade' são invariavelmente produzidas
quando dois objetos são friccionados (atritados) um contra o outro. Se um
se tomar carregado positivamente, o outro será sempre carregado
negativamente, e no mesmo grau. Era como se uma quantidade de
'eletricidade' fosse transferida de um corpo para o outro, pela fricção
(atrito). Wilcke dispôs um certo número de
substâncias em uma série elétrica (hoje conhecida por série triboelétrica)
tal que cada substância, quando friccionada contra outra de posição
mais baixa na série, tomava-se eletrificada com uma carga positiva.
Sua série incluía os seguintes materiais, na ordem dada: vidro, lã,
madeira, cera, metal, enxofre.
Entretanto, foi descoberto mais tarde que a posição de uma substância
na lista depende também da natureza das superfícies que são
friccionadas.
*** Segue
Estudos de eletricidade (parte 3) ***
