História das Ciências
A Construção do Modelo Atômico
Módulo 2
A Natureza Elétrica da Matéria
Os primórdios da eletricidade
O estudo dos fenômenos elétricos teve grande destaque no século XVIII.
Em 1705 Francis Hauksbee construiu uma máquina eletrostática capaz de produzir grandes fagulhas e Stephen Gray, em 1729, concluiu que um corpo neutro podia ser eletrizado por contato com outro eletrizado. Demonstrou a existência de dois tipos de materiais: os condutores, também chamados de não-elétricos, pois não se eletrificavam por atrito e os isolantes. Chegou mesmo a fazer experiências com pessoas e conseguiu eletrizar um menino. O menino eletrizado ao ser aproximado de um senhor, passava a eletricidade para este, de modo que os dois se mantinham eletrizados. Essas experiências foram bastante divulgadas na Europa.
Esfera de enxofre e máquina de fricção elétrica de Otto von Guericke, 1672.
Fonte: http://www.uni-magdeburg.de/org/ovgg/deutsch/english/welcome.html
Experimentos de eletrização de um menino.
Fonte: http://www.cati.paris4.sorbonne.fr/.../stephengrey.php
Gray e um amigo, Jean Desaguliers,conduziram experimentos nos quais eles mostravam que objetos tais como cortiça, até 800 ou 900 pés ao longe, poderia ser eletrizada se fosse conectada a um tubo de vidro com fios ou cordas de cânhamo. Eles descobriram que materiais como a seda não conduziam eletricidade e que objetos distantes não poderiam ser eletrizados se a linha de transmissão fizesse contato com a terra. A linha de transmissão era suspensa por fios de seda para evitar o contato com o chão. Descobriram que objetos de metal mantidos na mão e atritados não mostravam nenhum sinal de eletrificação. Contudo quando colocados sobre um não-condutor, eles tornavam-se eletrizados. De todos esses experimentos, eles concluíram que a eletricidade era um efeito de superfície, que o fluido elétrico ou virtude elétrica se movia livremente ao longo de materiais denominados de não-elétricos ou condutores de um corpo para outro.
Foi Dufay quem procurou conhecer de forma mais sistemática a relação entre eletricidade e matéria. Ele verificou, por exemplo, que todos os corpos podem ser eletrizados por atrito, exceto os fluidos e os metais. Distinguiu duas formas de eletricidade que denominou resinuous e vitreous. Eletricidades do mesmo tipo se repeliam e de tipos contrários se atraiam (1733).
Concluiu que a eletricidade era uma característica da substância independente da natureza do material que a atritava. Por exemplo, o âmbar sempre apresentava o tipo resinoso e o vidro o tipo vítreo.
Os dois tipos de eletricidade foram interpretados por filósofos naturais como dois fluidos elétricos materiais de características opostas, responsáveis pela transferência da "virtude elétrica" de um corpo a outro.
Com a criação da garrafa de Leyden em 1746, as máquinas eletrostáticas passaram a produzir faíscas elétricas muito mais potentes, o que possibilitou outros experimentos, como observar os efeitos das descargas elétricas em animais.
A garrafa de Leyden sendo carregada por uma máquina eletrostática.
Fonte: http://www.cati.paris4.sorbonne.fr/cours/licence/336/science_technos/stephengrey.php
Pieter van Musschenbroek, o inventor da garrafa de Leyden. Fonte:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c9/Pieter_van_Musschenbroek.jpeg
Em oposição à teoria dos dois fluidos, Benjamin Franklin propôs a existência de um único fluido elétrico e diferenciou os corpos eletrizados em positivos e negativos. Com a eletrização, os corpos negativos ficavam com falta de fluido elétrico e os positivos ficavam com excesso de fluido elétrico. Franklin demonstrou que os relâmpagos eram descargas elétricas de mesma natureza que as descargas das máquinas eletrostáticas (1751).
Required in Caption: Experimento de Franklin, 1752. Currier & Ives, American Philosophical Society.
Fonte: http://www.benfranklin300.org/imagebank_14_detail.htm.
Franklin utilizou uma pipa com uma ponta metálica presa à sua estrutura. Conseguiu, com um relâmpago, carregar uma garrafa de Leyden através da linha.
A pesquisa para descrever como variava a força elétrica entre dois corpos eletrizados culminou com a confirmação por Charles Coulomb, de que a força elétrica podia ser determinada por uma expressão matemática semelhante àquela proposta por Newton para a força gravitacional (1788). Coulomb também concluiu quem a força elétrica era de natureza diferente da força magnética. O trabalho de Coulomb corroborou com a visão mecânica de natureza, pois mais uma vez era possível traduzir um fenômeno por uma lei mecânica.
A eletricidade animal e a pilha de Volta
Em 1772, o fisiologista inglês John Walsh havia concluído que certos animais aquáticos produzem choques de natureza elétrica. Experiências com uma enguia mostraram que a descarga produzida era semelhante à descarga que se produzia na garrafa de Leyden. Isso originou a idéia de que existiria uma eletricidade animal, encontrada somente nos seres vivos. Uma outra corrente supunha que as contrações eram provocadas por uma força interna, própria da fibra muscular, de natureza mecânica.
Luigi Galvani , médico e professor, acreditava na eletricidade animal, também denominada na época de fluido neuroelétrico, que ao circular nos nervos provocava as contrações observadas nos músculos.
Por volta de 1778, Galvani resolveu investigar o efeito das descargas elétricas nos músculos de órgãos de animais vivos ou mortos. Observou espasmos nos corpos de rãs mortas quando eram submetidos a descargas elétricas. Para comprovar a idéia da eletricidade animal, Galvani procurou provocar os espasmos nas rãs sem nenhuma descarga elétrica externa. Conseguiu seu intento quando associou um arco bimetálico (arco constituído de dois metais em contato) às pernas de uma rã morta. Para Galvani o corpo da rã funcionava tal qual uma garrafa de Leyden, com a eletricidade animal armazenada. A função do arco era de permitir que esta eletricidade fosse liberada, e a liberação provocava as contrações.
Ilustração do experimento de Luigi Galvani com rã, retirado do seu trabalho Sobre as forças da eletricidade no movimento muscular (De Viribus - Electricitatis in Motu Musculari). 1792.
Figura do experimento de Galvani em pernas de rã.
Fonte: http://www.corrosion-doctors.org/Biographies/GalvaniBio.htm
Como um mesmo fato pode ter várias explicações coerentes, vamos ver como Alessandro Volta interpretou os mesmos fenômenos observados por Galvani.
O debate sobre a existência da eletricidade animal foi intenso. Alessandro Volta procurou verificar se Galvani estava certo em localizar a causa do efeito elétrico no corpo da rã e atribuir a ao arco metálico constituído de dois metais à função de elemento de descarga como o prego da garrafa de Leyden. Se assim fosse, o mesmo efeito deveria ser observado quando se dispusesse de uma haste metálica constituída por um único metal. Não foi o que ocorreu e Volta concluiu que dois metais em contato formavam uma fonte de eletricidade. As pernas da rã se contraiam devido a passagem do fluido elétrico produzido pelos metais.
Note que enquanto para Galvani a fonte da eletricidade era o corpo da rã e os metais funcionavam como condutores do fluido elétrico animal, para Volta é o contrário, o corpo da rã é o condutor e a fonte de eletricidade são os diferentes metais postos em contato.
Volta procurou aumentar a produção de eletricidade obtida com os dois metais e para tal empilhou placas de zinco e de prata, colocando entre cada par zinco-prata um papel umedecido com uma solução ácida. Quando Volta tentou ligar as extremidades da pilha por um fio, observou uma faísca. Estava criada a pilha elétrica ou a pilha de Volta. Sem rã, a eletricidade surgira do contato de metais diferentes e a explicação de Galvani foi considerada equivocada.
Pilha original de Alessandro Volta (Tempio Voltiano).
Fonte: http://www.electro.patent-invent.com/.../battery.html