TEXTO DA DISCIPLINA DE FÍSICA – PROFª JOSI – 3º ANO

AS PRIMEIRAS DESCOBERTAS NO CAMPO DA ELETRICIDADE

FORÇA ELÉTRICA E FORÇA MAGNÉTICA

As primeiras descobertas das quais se tem notícia, relacionadas com fenômenos elétricos, foram feitas pelos

gregos, na Antiguidade. O filósofo e matemático Thales, que vivia na cidade de Mileto no século VI a.C., observou

que um pedaço de âmbar*, após ser atritado com uma pele de animal, adquiria a propriedade de atrair corpos leves

(como pedaços de palha e sementes de grama). Praticamente na mesma época observou-se também que certas

pedras – os imãs naturais – atraíam pedaços de ferro.

Durante muito tempo julgou-se que estes dois fenômenos eram da mesma natureza, ou seja, acreditou-se

que ambos eram devidos a uma mesma propriedade dos corpos materiais. Ainda na Antiguidade, entretanto,

percebeu-se uma grande diferença entre estes fenômenos: o âmbar atritado exercia sua atração sobre vários outros

corpos, enquanto o imã só atraía pedaços de ferro. Portanto, estas atrações não deviam ser confundidas entre si,

pois correspondiam a fenômenos diferentes. Em nossa linguagem atual, esta verificação é traduzida dizendo-se que

o âmbar atritado exerce uma força elétrica e o imã exerce uma força magnética.

IDEIAS INICIAIS SOBRE A ORIGEM DA FORÇA ELÉTRICA

Em todas as referências aos fenômenos elétricos feitas pelos filósofos da Antiguidade, encontramos sempre

uma tentativa de explicação da origem das forças elétricas. Estas explicações apresentavam as mais diversas formas,

sendo algumas teológicas e até mesmo psíquicas. Muitos filósofos atribuíam a atração a uma simpatia entre os

corpos que se atraíam e outros acreditavam que os corpos atraídos serviam de alimentos para o âmbar.

Uma outra explicação das atrações elétricas, muito divulgada na Antiguidade, apresentava um caráter

mecânico (ou material). Os defensores desta hipótese julgavam que o âmbar atritado emitia uma substância

invisível, à qual denominavam eflúvio. Esta substância estabeleceria um contato material entre o âmbar e um objeto

próximo, provocando sua atração.

Durante a Idade Média, predominou a antiga hipótese de que a atração era devida a uma simpatia entre os

corpos. Entretanto, a impossibilidade de explicar vários fenômenos elétricos a partir desta idéia fez com os cientistas

do Renascimento (séculos XV e XVI) voltassem sua atenção para a hipótese material do eflúvio.

GILBERT PUBLICA O De magnete

No século XVI, o médico inglês W. Gilbert desenvolveu um estudo detalhado sobre os fenômenos elétricos e

magnéticos publicando, em 1600, um extenso tratado denominado De magnete,no qual apresentava os resultados

de suas observações. Um dos capítulos desta obra era dedicado exclusivamente ao

efeito âmbar.

Gilbert conseguia detectar a existência de forças elétricas muito pequenas

usando um aparelho que ele inventou e ao qual denominou versorium. Este aparelho

consistia em uma seta de madeira suspensa em um suporte vertical em torno do qual

ela podia girar livremente.

Se a seta girasse quando um

corpo atritado era aproximado

de sua extremidade, concluía-se

que o corpo estava apresentando

o efeito âmbar (estava

eletrizado). Como o versorium

era um aparelho muito sensível, Gilbert conseguiu verificar que um grande número de substâncias atritadas adquiria

aquela propriedade, e não apenas o âmbar, como se acreditava até então. Ele descreve esta descoberta no De

magnete da seguinte maneira:

“pois não é apenas o âmbar, como eles supõem, que atrai pequenos corpos, mas também o diamante, a

safira, a opala, a ametista, o cristal etc. Estas substâncias atraem todas as coisas, não somente penas e limalhas, mas

todos os metais, madeira, pedra, terra e também a água e o azeite e tudo o que está sujeito a nossos sentidos e é

sólido...”

Para explicar a atração exercida por todas aquelas substâncias, Gilbert adotou a hipótese do eflúvio,

rejeitando veementemente a idéia da simpatia entre os corpos que se atraíam.

Apesar do grande número de cuidadosas experiências realizadas por Gilbert, ele não chegou a observar a

existência da repulsão entre dois corpos eletrizados. Como sabemos, quando um corpo leve é atraído por um objeto

atritado, após tocar este objeto o corpo é repelido por ele. Este fenômeno só foi observado pela primeira vez, alguns

anos após a morte de Gilbert pelo jesuíta italiano Nicolo Cabeo. Em virtude desta descoberta, a teoria do eflúvio

teve de sofrer modificações, pois ela não era capaz de explicar o fenômeno da repulsão elétrica.

CONDUTORES E ISOLANTES

Após a publicação dos trabalhos de Gilbert, durante todo o século XVII vários cientistas preocuparam-se em

realizar experiências com corpos eletrizados, usando preferencialmente tubos e esferas de vidro, material este que

se mostrou bastante adequado para este tipo de experiências. No início do século XVIII, alguns experimentadores

perceberam que era possível eletrizar um corpo ligando-o, por meio de um fio, a um outro corpo que tivesse

adquirido eletricidade por atrito. O cientista francês François Dufay, analisando estas experiências, concluiu que a

intensidade da eletrização do corpo por meio da ligação dependia do material de que era feito o fio. Ele chegou,

então, à conclusão de que certas substâncias conduziam bem a eletricidade, enquanto outras não o faziam. Desta

maneira, estavam sendo estabelecidos os conceitos de corpos condutores e corpos isolantes, tais como os

conhecemos atualmente.

EXISTEM DOIS TIPOS DE ELETRICIDADE

Prosseguindo com o estudo da repulsão elétrica, que Cabeo havia iniciado, Dufay procurou dar uma

explicação para o fenômeno. Ele supunha que um corpo atraído por outro eletrizado era repelido depois de tocá-lo

porque se tornava também eletrizado. Concluiu, então, que dois corpos eletrizados sempre se repelem. Entretanto,

esta ideia inicial de Dufay teve de ser modificada, pois ele mesmo observou, mais tarde, que um pedaço de vidro

atritado com seda atraía um pedaço de âmbar atritado com pele, isto é, dois corpos eletrizados podiam se atrair.

Baseando-se em um grande número de experiências, Dufay lançou, então, as bases de uma nova hipótese que teve

grande aceitação durante o século XVIII. Segundo ele, existiam dois tipos de eletricidade: eletricidade vítrea, aquela

que aparece em um pedaço de vidro atritado com seda, e eletricidade resinosa, aquela que aparece no âmbar

atritado com pele (o termo resinosa foi usado por ser o âmbar uma resina). Todos os corpos que possuíssem

eletricidade vítrea (ou resinosa) repeliam uns aos outros. Por outro lado, corpos com eletricidade de nomes

contrários atraíam-se mutuamente.

A TEORIA DOS DOIS FLUIDOS ELÉTRICOS

Para explicar por que estes dois tipos de eletrização eram observados, lançou-se também a ideia da

existência de dois fluidos elétricos: um fluido vítreo e um fluido resinoso. Em um corpo normal, não eletrizado, estes

dois fluidos apresentavam-se misturados em igual quantidade. Ao atritar, por exemplo, o vidro com a seda, havia

passagem, em igual quantidade, de fluido vítreo da seda para o vidro e de fluido resinoso do vidro para a seda.

Assim, o vidro apresentava-se com eletricidade vítrea porque passou a ter um excesso de fluido vítreo e a

seda, que passou a ter um excesso de fluido resinoso, apresentava-se com eletricidade resinosa.

Portanto, de acordo com estas ideias, a eletricidade não era criada quando um corpo era atritado. Os fluidos

elétricos já existiam nos corpos e havia apenas uma redistribuição destes fluidos quando os corpos eram atritados.

Esta teoria passou a ser conhecida com o nome de teoria dos dois fluidos e com ela era possível explicar todos os

fenômenos elétricos conhecidos na época.

A TEORIA DO FLUIDO ÚNICO DE BENJAMIN FRANKLIN

No decorrer do século XVIII, as experiências com corpos eletrizados tornaram-se muito populares e eram

realizadas em praças públicas, mesmo por pessoas leigas, apresentando resultados espetaculares que atraíam a

atenção de um grande público. Foi ao assistir a um desses espetáculos que o cientista americano Benjamin Franklin

se interessou pelo estudo dos fenômenos elétricos. Este cientista realizou um número muito grande de experiências

que contribuíram significativamente para o desenvolvimento da eletricidade.

Uma importante contribuição de Franklin, apresentada na mesma época em que a teoria dos fluidos era

amplamente divulgada na Europa, foi a formulação de uma outra hipótese, denominada teoria do fluido único. De

acordo com esta teoria os corpos não eletrizados possuíam uma quantidade normal de um certo fluido elétrico.

Quando um corpo era atritado com outro, um deles perdia parte de seu fluido, que era transferida para o

outro. Como Franklin não conhecia a terminologia usada por Dufay, ele criou sua própria nomenclatura, dizendo que

o corpo que recebia o fluido elétrico ficava eletrizado positivamente e aquele que perdia o fluido ficava eletrizado

negativamente. Esta terminologia, como sabemos, é usada até hoje e corresponde, respectivamente, aos termos

eletricidade vítrea e eletricidade resinosa, usados por Dufay.

AS TEORIAS DOS FLUIDOS E AS IDEIAS MODERNAS DE ELETRIZAÇÃO

Do mesmo modo que na teoria dos dois fluidos, a teoria de Franklin previa a conservação da carga elétrica,

isto é, a eletricidade não é nem criada nem destruída no processo de eletrização: ela já existe nos corpos e

simplesmente se redistribui entre eles quando são atritados. Estas duas teorias da eletrização mostraram-se

igualmente satisfatórias para explicar os fenômenos elétricos conhecidos na época (século XVIII). Deste modo, não

foi possível optar por uma delas e os cientistas usavam ora uma, ora outra, de acordo com suas conveniências.

É interessante observar que a teoria dos dois fluidos está mais próxima das idéias modernas no que se refere

à constituição elétrica da matéria. De fato, sabemos atualmente que existem dois tipos de cargas elétricas nas

partículas que constituem um corpo material. Entretanto, a teoria do fluido único de Franklin está mais de acordo

com os conhecimentos atuais na explicação do processo de eletrização por atrito. Realmente, de acordo com as

teorias modernas, apenas um tipo de carga elétrica transfere-se de um corpo para outro quando eles são atritados.

Deve-se destacar, porém, que, segundo Franklin, a carga transferida durante o atrito era a carga positiva

(pela transferência do fluido único), enquanto, de acordo com as ideias modernas, são os elétrons que se transferem

de um corpo para outro e sabemos que eles transportam carga negativa.

AS EXPERIÊNCIAS DE COULOMB COM A BALANÇA DE TORÇÃO

Até a época dos trabalhos de Franklin e Dufay (meados do século XVIII) apenas os aspectos qualitativos dos

fenômenos elétricos tinham sido abordados. Os cientistas sentiam que, para o progresso dos estudos relacionados

com a eletricidade, era necessário estabelecer relações quantitativas entre as grandezas envolvidas naqueles

fenômenos.

Em particular, houve uma preocupação em relacionar quantitativamente a força elétrica, F, entre dois

corpos, com a distância, r, entre eles. Percebendo que havia uma certa semelhança entre a atração elétrica e a

atração gravitacional (cujo estudo já havia sido desenvolvido por Newton), alguns físicos, no final do século XVIII,

lançaram a hipótese de que a força elétrica, poderia, também, variar com o inverso do quadrado da distância entre

verificar se esta hipótese era verdadeira.

Entre os diversos trabalhos que foram desenvolvidos pelos cientistas com este objetivo, destacam-se as

experiências realizadas por Coulomb que, em 1785, apresentou à Academia de Ciências da França um relatório de

seus trabalhos. Coulomb construiu um aparelho, denominado balança de torção, com o qual ele podia medir

diretamente as forças de atração e repulsão entre corpos eletrizados. A figura apresenta uma cópia do desenho

desta balança, feito pelo próprio Coulomb no relatório enviado à Academia de Ciências.

Observe, no desenho, que duas esferas estão equilibradas nas extremidades de uma haste

horizontal, suspensa por um fio. A esfera a está eletrizada e uma esfera b, também

eletrizada, é aproximada de a. Em virtude da força elétrica que se manifesta entre a e b, a

haste gira, provocando uma torção no fio. Medindo o ângulo de torção do fio, Coulomb

conseguia determinar o valor da força entre as esferas. Uma balança semelhante a esta foi

usada, aproximadamente na mesma época, por Cavendish, para comprovar a lei da

Gravitação Universal e para medir o valor da constante da gravitação G. As balanças de

torção permitem realizar medidas de alta precisão. Com sua balança, Coulomb conseguia

medir forças de até 10-8N!

OS RESULTADOS OBTIDOS POR COULOMB

Realizando medidas com as esferas separadas por diversas distâncias, Coulomb verificou que, realmente, a

força elétrica era inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Além disso, ele concluiu também

que esta força era proporcional ao produto das cargas elétricas das esferas, chegando, assim, à expressão definitiva

da lei que leva seu nome. Este fato se revestiu de grande importância, uma vez que a lei de Coulomb foi a primeira

lei fundamental estabelecida no campo da Eletricidade. No decorrer dos séculos XIX e XX, um grande número de

novos fenômenos elétricos foi estudado e novas leis foram estabelecidas, provocando um notável progresso desta

área da ciência.