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Ímãs e pára-raios
(Parte
2)

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Fluidos elétricos
Um grande passo à frente no conhecimento no campo da eletricidade foi dado pelo cientista francês Charles Du Fay (1698 -1739). Suas descobertas experimentais básicas foram duas:

1- um isolante eletricamente carregado atrai todos os corpos condutores, transfere para eles a 'eletricidade', mediante contato, e em seguida os repele;
2- há duas espécies opostas de 'eletricidade', a vítrea e a resinosa.

Esta última descoberta foi extremamente importante, e foi publicada em 1734. Du Fay anunciou que

"há duas 'eletricidades' distintas, muito diferentes uma da outra. A primeira (vítrea) é a do vidro, cristal de rocha, pedras preciosas, cabelo animal, lã e muitos outros corpos. A segunda (resinosa) é a do âmbar, verniz copal, goma-laca, seda, fibras, papel, e um número vasto de outras substâncias. A natureza dessas duas 'eletricidades' é tal que um corpo da espécie vítrea, por exemplo, repele todos os que têm a mesma 'eletricidade' e, inversamente, atrai todos os que são da espécie resinosa".

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.


Máquina elétrica de Priestley

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.

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.

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.


A famosa experiência do papagaio
de Franklin, para captar a eletrici-
dade atmosférica

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.

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  Ímãs e pára-raios (parte 3) ***

 


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