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Primeiros Passos da Física
(Parte2)

leobarretos@uol.com.br 

2- Teoria Eletromagnética

Eletrologia. Já havia algumas descrições isoladas sobre a eletricidade, na época da Grécia. Tales de Mileto (640?-546 A.C.) descreveu que friccionado, o âmbar adquiria a propriedade de atrair corpos leves. Também Teofrasto, na sua descrição sobre jóias, tabelou os nomes de outros minérios que se carregavam de 'eletricidade' através de fricção. No início, pela semelhança aparente de sua ação com a do magnetismo, foram às vezes confundidas. Suas diferenças foram esclarecidas primeiramente por Cardano (1501-1576). 
No século XVII, Boyle tratou o problema da atração elétrica e demonstrou que esta se propaga também no vácuo. Até essa época, não se conhecia a repulsão elétrica, que foi descoberta depois, por Von Guericke (1602-1686). Ele inventou o gerador de fricção, bastante primitivo, que consistia em produzir eletricidade pelo contato da mão com uma esfera girante de enxofre. 
No século XVIII, o desenvolvimento desse ramo foi acelerado rapidamente. Gray (1670?-1736) introduziu o conceito de condutibilidade elétrica, Du Fay (1698-1739) descobriu que não só alguns minérios, além do âmbar, mas todos os corpos isolados carregavam-se de eletricidade pela fricção e também a existência de duas espécies de eletricidade, a positiva e a negativa. [A denominação, positiva e negativa, foi introduzida em 1747 por Franklin (1706-1790).]  Em 1745 foi descoberta a 'garrafa de Leiden', por Kleist (?-1748), e em 1746 por van Musschenbroeck (1692-1761). A eletricidade atmosférica, a piroeletricidade, eletricidade dos animais, a indução eletrostática, o eletroscópio etc. foram descobertos na segunda metade do século XVIII. 
Acumulando essas descrições classificadas, começaram a ser examinadas as suas propriedades comuns e a obterem-se leis entre elas; de fato, em 1785, foi descoberta por Coulomb (1736-1806) uma lei quantitativa em que a força entre duas cargas elétricas é proporcional ao produto das quantidades de eletricidade, e inversamente ao quadrado da distância entre elas. As pilhas foram inventadas na mesma época pelas pesquisas de Galvani (1737-1798) e Volta (1745-1827) e melhoradas por Daniell (1790-1845), Grove (1811-1896), Bunsen (1811-1899) e outros. Isso possibilitou a obtenção da corrente elétrica estacionária e, desde então, a pesquisa da eletrologia desenvolveu-se rapidamente. A ação química da corrente elétrica foi descoberta por Faraday (1791-1867) em 1833.

Magnetologia. Tales já havia descrito, a respeito do magnetismo, sendo famosa também a descrição de Sócrates (469-399 A.C.) sobre o ímã natural. Sua utilização como bússola deu-se primeiramente na China, onde parece que já conheciam as declinações e as inclinações magnéticas. Está registrado que, no século XII, o ímã já era usado para a navegação na Europa, onde conheceriam também a declinação magnética. Diz-se que R. Norman descobriu a inclinação magnética, mas existem várias opiniões a respeito. A pesquisa mais antiga e coordenada sobre o magnetismo é On Magnetism escrita em 1600 por Gilbert (1540-1603), que construiu um ímã esférico denominado “mini-Terra”, e esclareceu o significado de declinação. Coulomb descobriu simultaneamente a força entre pólos magnéticos, quando investigou a força entre cargas elétricas. Já se imaginava, obscuramente, nessa época, a existência de uma relação entre eletricidade e magnetismo, devido à propriedade de longo alcance da força, mas, até o século XIX, ambos formaram dois ramos miúdos independentes. A relação entre magnetismo e eletricidade ficou esclarecida somente depois da descoberta de Oersted (1777-1851), em 1820, da declinação da agulha magnética perto de uma corrente elétrica; foi descrita qualitativamente por Ampère e quantitativamente por Biot (1774-1862) e Savart (1791-1841).

Óptica. Desde a Idade Antiga, já se conheciam vários fenômenos da óptica geométrica. Na Assíria, havia a lente de cristal e, na Grécia, já se usava a lente de vidro para obter o fogo. Há também uma descrição sobre espelhos esféricos e parabólicos que se deve, talvez, a Euclides. Ptolomeu obteve a lei da refração para o caso de ângulo de incidência pequeno. Entre as obras da época romana, existe uma que indica a semelhança entre as cores do arco-íris e as vistas na margem de vidros. 
Na Idade Média apareceram alguns trabalhos excelentes do ponto de vista da descrição classificada, como, por exemplo, o de R. Bacon (1214?- 1294), porém quase não havia desenvolvimento científico. 
Na Renascença, observaram-se vários progressos tecnológicos, como as invenções de diversos aparelhos ópticos. O telescópio foi inventado por Lippershey (1570-1619) em 1608 e o microscópio por Jansen, na mesma época. 
O estudo da luz assumiu caráter científico no século XVII e progrediu rapidamente. Snell (1591-1626) descobriu a lei da refração na sua forma exata. Fermat (1601-1665) demonstrou que se podia deduzi-la a partir do princípio geral do caminho percorrido em tempo mínimo. Entretanto o trabalho mais importante dessa época seria a medição da velocidade da luz. A primeira tentativa foi feita por Galileu, mas não obteve êxito porque mediu o tempo de ida e volta da luz entre dois pontos cuja distância era somente algumas milhas. O primeiro valor foi obtido por Römer (1644-1710), em 1676, pelas observações dos tempos de início do eclipse lunar de Júpiter. Considerando a velocidade da luz finita, na posição em que a Terra está mais afastada de Júpiter, o início do eclipse lunar de Júpiter deve ser observado num tempo posterior ao valor calculado a partir do período de translação desse satélite. Por intermédio dessa observação, ele obteve c = 2 X 1010 cm/s. [Bradley (1693-1762) obteve, em 1728, um valor mais correto c = 3,06 X 1010 cm/s observando a aberração. Entre outros, o fato de a velocidade da luz ser finita, levou Huygens a apresentar, já em 1678, a hipótese de que a luz era uma onda que se propagava num meio universal chamado éter. Newton também deixou muitos trabalhos sobre a luz. Um deles é a descoberta da variação do índice de refração com a cor, sugerida pela dispersão da luz natural nos prismas. Mas, como ele tinha uma opinião incorreta a respeito da variação do índice de refração com a matéria, concluiu que era impossível construir uma lente acromática, e foi levado à construção do telescópio refletivo. Embora Grjmaldi (1618-1683) tenha observado o efeito difrativo da luz em 1666, Newton insistiu na hipótese corpuscular da luz, e diz-se que, por esse motivo, a óptica ficou atrasada quase um século.

Na segunda metade do século XVIII. depois que Dolland (1706-1761) inventou a lente acromática, a autoridade de Newton foi sendo lentamente apagada e, em 1801, Young (1773-1829) realizou a experiência de interferência da luz e explicou-a usando a hipótese ondulatória. Por volta de 1815, Fresnel começou uma série de experiências de difração da luz, que também foram explicadas pela hipótese ondulatória. Também pelas pesquisas desenvolvidas por Malus (1775-1812), Brewster (1781-1868), Biot, Fresnel, e outros, sobre a polarização da luz, foi sendo conhecido gradativamente que a luz era uma onda transversal. Mas o estabelecimento da hipótese ondulatória, no sentido verdadeiro, foi devido à medição da velocidade da luz dentro d’água (por volta de 1850) por Foucault (1819-1868) e Fizeau (1819-1898). Na hipótese ondulatória, ao contrário da hipótese corpuscular, a velocidade da luz é menor dentro d’água que no ar. Com a verificação desse fato a hipótese ondulatória tornou-se definitiva.

A espectroscopia foi iniciada também nessa época. Os raios infravermelhos foram descobertos em 1800 por Hershel (1738-1822), pela pesquisa da dispersão de raios solares, e os raios ultravioletas, em 1801, por Ritter (1776-1810) e Wollaston (1766-1828). Em 1802, Fraunhofer (1787-1826) descobriu as linhas de absorção do espectro solar. (É um mistério que permanece até hoje o fato de Newton, que observara os raios solares através dos prismas, não haver descoberto as linhas de absorção de Fraunhofer.) O comprimento de onda dessas linhas de absorção foi medido por ele em 1821. 
A relação entre os espectros lineares e os elementos químicos foi esclarecida por Bunsen, Kirchhoff (1824-1887) e outros. Assim, na metade do século XIX, a reflexão, a refração, a dispersão, a polarização, a interferência etc., que eram fenômenos observados independentemente uns dos outros, foram explicados unificadamente sob o ponto de vista da onda transversal que se propaga no éter, havendo-se concluído um ramo denominado óptica.

Completamento da teoria eletromagnética. Desde a descoberta do campo magnético produzido por uma corrente elétrica por Oersted, Ampère e outros, no início do século XIX, a eletrologia e a magnetologia ficaram relacionadas e, com a descoberta da indução eletromagnética por Faraday em 1831, tornaram-se completamente inseparáveis. Foram descobertos, em 1832, o fenômeno da auto-indução por Henry (1797-1878), em 1834, a lei sobre o sentido de corrente elétrica induzida, por Lenz (1804-1865), e, em 1845, foi feita a formalização matemática da lei de Faraday, por Neumann (1798-1895). Nessa época, a hipótese ondulatória da luz também já havia sido estabelecida e estava na moda imaginar um meio hipotético chamado éter. Nessas condições, Faraday recebeu uma forte influência de tal linha de raciocínio e construiu a teoria de propagação indireta da ação eletromagnética devido à polarização desse meio. Maxwell (1831-1879) começando por formalizar corretamente a teoria de propagação indireta de Faraday e, sem entrar em contradição com outras leis, chegou à idéia da corrente elétrica de deslocamento, obtendo, em 1864, as chamadas equações eletromagnéticas de Maxwell. Como conseqüência dessas equações, foi prevista a existência da onda eletromagnética, verificada experimentalmente em 1887, por Hertz (1857-1894). Com isso, a teoria eletromagnética anexou até a óptica ao seu domínio, e a teoria clássica de eletromagnetismo, no sentido amplo, foi concluída.

O progresso no campo da tecnologia era quase paralelo a esse desenvolvimento científico. Por exemplo, na década de 1850, já era instalado o fio submarino para telégrafo; em 1876, Bell (1847-1922) inventou o telefone; em 1882, foi construída a usina elétrica, por Edison (1847-1931); e, em 1896, foi inventada por Marconi (1874-1937) a telegrafia sem fio.

Primeiros Passos da Ciência (Geral)
Primeiros Passos da Física (parte 1)
Primeiros Passos da Física (parte 2)
Primeiros Passos da Física (parte 3)
Primeiros Passos da Física (parte 4)

 


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