Introdução

Primórdios

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Tanto a palavra “eletricidade” quanto “magnetismo” são de origem grega. 

Ao filósofo grego Tales do VI século AC, da cidade de Mileto, é creditada a observação de que quando um pedaço de âmbar é friccionado com lã, ele torna-se capaz de atrair pequenos objetos, como pedaços de palha ou tecido. A palavra grega para âmbar é elektron, de onde se originou o termo eletricidade. É possível replicar facilmente este efeito esfregando uma caneta Bic nos cabelos e aproximando-a de pequenos pedaços de papel.

Eram conhecidas também na Grécia certas pedras que tinham a capacidade de atrair o ferro, assim como atraírem-se umas às outras. Essas pedras eram encontradas em uma região chamada Magnésia, na península de Anatólia, atual Turquia, o que deu origem ao termo magnetismo. Em uma das versões da história, essas pedras teriam sido primeiro observadas por um pastor chamado Magnos, que sentiu os pregos de sua sandália e outros objetos de ferro serem atraídos por uma rocha. Hoje chamamos os imãs naturais de magnetita.

Porém, apesar de terem feito essas observações, os gregos não quantificaram ou estabeleceram as regras matemáticas que regem os fenômenos elétricos e magnéticos.

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Muito tempo depois, aproximadamente no ano 1050, os chineses fizeram uma aplicação prática do magnetismo ao observarem que uma agulha imantada aponta sempre para a mesma direção e construindo a bússola. Uma obra datada de 1088, do cientista chinês Shen Kuo (1031-1095) descreve a utilização da bússola como instrumento de navegação. Posteriormente, através dos árabes, entre outros, a invenção espalhou-se pelas potências navais e revolucionou a navegação no mundo inteiro, contribuindo decisivamente para o período das grandes descoberdas dos séculos XV a XVII. 


Primeiros desenvolvimentos científicos

Durante o Renascimento, em 1550, o físico italiano Gerolamo Cardano (1501-1576) tratou dos dois fenômenos em seu livro De Subtilitate, talvez sendo essa a primeira abordagem científica do tema. Os estudos de Cardano foram continuados pelo médico e físico William Gilbert (1544-1603) responsável pela introdução do termo ‘eletricidade’, com base das observações de Tales sobre o âmbar. No final do século XVII e durante o século XVIII, foram construídos geradores de eletridade estática, cada vez maiores. Utilizando esses geradores, o médico e físico italiano, Luigi Galvani (1737-1798) observou a ligação entre os impulsos elétricos e as reações musculares, dando origem aos estudos da bioeletricidade. Os estudos de Galvani influenciaram a escritora inglesa Mary Shelley e inspiraram sua produção literária mais famosa: Frankeisntein. 


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As observações de Galvani também influenciaram um outro físico italiano, Alessandro Volta (1745-1847), que acreditava que a eletricidade produzida pelos seres vivos era de natureza química, e, portanto, poderia ser reproduzida fora dos organismos. Suas pesquisas nessa direção o conduziram à invenção da pilha (ou bateria) elétrica, inaugurando uma nova e extensiva fase de pesquisas sobre a eletricidade. Uma das unidades elétricas fundamentais recebeu seu nome, em sua homenagem, o Volt.




A conexão entre a eletricidade e o magnetismo

Até essa ocasião, a eletridade e o magnetismo foram estudados como fenômenos independentes. Coube ao físico dinamarquês Hans Christian Oersted (1777-1851) estabelecer que as correntes elétricas geram campos magnéticos. Essa descoberta de grande importância deu-se quando ele observou que uma bússola sofria um desvio ao aproximar-se de um fio pelo qual circulava uma corrente elétrica. Assim, estava estabelecida a relação entre a eletricidade e o magnetismo, e, a partir daí, o eletromagnetismo passou a ser estudado de forma matemática por físicos como André-Marie Ampère (1735-1836), e James Clerk Maxwell (1831-1879), cujo trabalho foi usado por Albert Einstein para a elaboração da Teoria da Relatividade Restrita.


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Um cientista e pesquisador que fez importantes contribuições ao campo da eletricidade foi Michael Faraday (1791-1867). Embora não tenha tido inicialmente uma formação acadêmica, era um grande pesquisador experimental e autodidata. 

Faraday deu seguimento aos estudos de Oersted, e estudou a força que surge sobre um condudor percorrido por uma corrente elétrica, sob a ação de um campo magnético. Ele construiu o primeiro dispositivo que transformava a energia elétrica em mecânica - o primeiro motor elétrico.


Ele levou adiante esse experimento, buscando verificar se o contrário poderia ser possível. Isto é, se a eletricidade pode ser convertida em energia mecânica, será que a energia mecânica pode produzir eletricidade? Em 17 de outubro de 1831 ele demonstrou que sim. Ao movimentar um imã dentro de uma bobina, verificou que esse movimento (energia mecânica) fazia surgir na bobina uma força eleitor-motriz, ou corrente elétrica. Estava criado o primeiro gerador elétrico.



As primeiras aplicações práticas da eletricidade

A primeira aplicação prática da eletricidade foi o telégrafo. Um eletroimã controlado à distância reproduzia um código criado por Samuel Morse em 1835, constituído por uma combinação de pontos e traços, ou seja, períodos maiores e menores de acionamento do eletroimã. Essa invenção permitiu o primeiro sistema de comunicação instantânea da história. Um grande esforço de engenharia foi realizado para conectar a Inglaterra e os Estados Unidos por meio de um cabo condutor, para permitir a comunicação entre as maiores potências da época. Esse feito foi conseguido em 1858. A primeira transmissão foi uma mensagem da Rainha Vitória, mas foi muito difícil interpretá-la, devido às muitas interferências. Ficou claro que a ciência teria que avançar. Em 1866 finalmente um cabo foi lançado e funcionou a contento. A primeira transmissão instantânea foi obtida com êxito.

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A próxima aplicação importante da eletricidade foi a iluminação elétrica. A iluminação produzida por um arco-voltáico já era conhecida, e usada para iluminação de ruas, mas ela não era conveniente para as casas. Quem tomou o desafio de produzir um sistema de iluminação elétrica eficiente para lares e cidades foi Thomas Alva Edison (1847-1931). Além de possuir um enorme gênio criativo, tinha uma grande capacidade de relacionar-se e obter investimentos. Ele tomou o caminho da lâmpada incandescente - que já era experimentado por vários pesquisadores no mundo. O desafio era conseguir um tipo de filamento que resistisse por um tempo viável. Passaram por muitos materiais, como seda e cortiça, mas, em parceria com um pesquisador inglês, Joseph Wilson Swan (1828-1914), concluíram que o melhor método seria um filamento de carbono num ambiente de vácuo. Embora a invenção da lâmpada seja comumente atribuída a Edison, um grande número de engenheiros foi responsável por ela.



A grande disputa: a produção e distribuição da energia elétrica

Como empresário, Edison tinha a ambição de produzir e vender eletricidade para manter as cidades iluminadas. Com a popularização da lâmpada, ele ganhou uma notoriedade que lhe garantiram grandes investimentos. Assim, lançou-se no projeto de estabelecer a primeira usina geradora elétrica. Por usar corrente contínua, porém, a usina tinha que ficar próximo aos consumidores. 

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Um dos engenheiros que chegou a trabalhar para Thomas Edison, Nikola Tesla, tinha a solução para esse problema. Tesla era sérvio, nascido na Croácia. Pessoalmente, era o oposto de Edison: introvertido e cuidadoso com a aparência. A proposta de Tesla foi a transmissão da energia elétrica por meio de corrente alternada, e não contínua, como defendia Edison. A corrente alternada permitiria a utilização de altas tensões para transmissão em longas distâncias, e, com transformadores, baixar a tensão para uso doméstico. Um dos obstáculos que Tesla enfrentou foi que não haviam motores de corrente alternada. Assim, Tesla trabalhou para inventá-lo, e o fez, com uma combinação de bobinas que geram um campo magnético giratório. Com esse princípio, construiu não apenas o motor, mas também o gerador de corrente alternada, que poderia ficar longe dos centros urbanos.

Porém, Edison defendia a utilização de corrente contínua, e, devido à sua influência, seguiu-se uma das maiores batalhas da história da engenharia. Depois de muita disputa, e com a ajuda de George Westinghouse (1846-1914), Tesla venceu a disputa, e a utilização da corrente alternada foi aceita como a forma mais viável de produção e distribuição da energia elétrica. Em 1896 foi concluída nas cataratas do Niágara, a nova central geradora de energia elétrica, de corrente alternada, com geradores produzidos pela Westinghouse.

Thomas Edison tornou-se um herói americano. Seus inventos e propriedade intelectual passaram a fazer parte da empresa General Electric. Nikola Tesla, além da genialidade, era também bastante excêntrico, com o tempo assumindo certas manias como uma fixação por alimentar pombos e pelo número três. Faleceu solitário em 1943. Não obstante é creditada a ele a solução da transmissão eficiente da energia elétrica, sem a qual é difícil imaginar nossa civilização. 


As forças fundamentais do universo

A força eletromagnética é uma das 4 forças fundamentais do universo, que, segundo a compreensão atual, são:


Força da Gravidade: talvez a que nos é mais familiar, é também a mais frágil das 4. Seus efeitos são mais facilmente observados na presença de grandes quantidades de matéria, como em planetas e estrelas. É responsável, por exemplo, por manter a Terra à distância correta do Sol, sem o que a vida não seria possível.


Força Eletromagnética: ocorre entre corpos carregados eletricamente. Graças a ela os elétrons (negativos) são mantidos em suas órbitas nas proximidades do núcleo atômico (positivo). Sem sua existência, a formação dos átomos, e, portanto de toda a matéria (e a vida), não seria possível.


Força Nuclear Fraca: atua em nível atômico, e controla o decaimento (perda de partícula) de um núcleo instável, que transforma-se em uma estrutura mais estável. A força nuclear fraca é a que permite a fusão nuclear. Sem ela, portanto, o Sol não existiria como fornecedor de energia, tornando a vida como conhecemos impossível.


Força Nuclear Forte: é a que mantém o núcleo atômico coeso, a despeito de ser constituído de partículas de mesma carga elétrica (prótons). Na sua ausência, os núcleos atômicos jamais se formariam, e, portanto, nem os átomos, nem a matéria, e nem… adivinhe… a vida.



Referências

Filme: História da Eletricidade, produzido pela BBC

Slides da aula

© Marco A. Simões 2017