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Continuando nossa viagem no tempo em busca dos precursores da eletricidade, escolhemos para este terceiro tópico as figura de Michael
Faraday, Robert
Kirchhoff e James Clerk Maxwell.
Michael Faraday – Britânico nascido em 22 de setembro de
1791 na localidade de Newington, Surrey ao sul de Londres..
Sua família era pobre e seu pai, James Faraday,
era um ferreiro que
com a mãe de Faraday, Margaret Hastwell, tinha no começo de 1791 migrado do
norte da Inglaterra para
Newington Butts, em busca de trabalho .
Eles já tinham dois filhos antes de se mudarem (um menino e uma menina), e
Faraday nasceu poucos meses depois dessa mudança. A família logo se mudou de
novo, agora para Londres, onde o jovem Michael Faraday, um de
quatro filhos (uma menina nasceu após Faraday), recebeu os rudimentos de uma
educação, aprendendo a ler, escrever, e aritmética.
Faraday começou a trabalhar aos 13 anos de
idade, como menino de recados de um encadernador e comerciante de livros,
George Riebau, um imigrante francês que foi para Londres devido à Revolução Francesa.
Em 1805, aos 14 anos, Faraday tornou-se aprendiz de Riebau, e leu vários dos
livros que encadernou durante seus sete anos de aprendizado.
Um livro que chamou sua
atenção foi Conversations of
Chemistry (Palestras sobre
química) de Jane Marcet,
escrito em 1805. A obra A melhoria da mente, de Isaac Watts, fez com que ele meditasse a
respeito. Leu a Enciclopédia
Britânica (um exemplar
que estava encadernando) e interessou-se muito por um artigo sobre eletricidade.
Como resultado de suas leituras realizou
experiências químicas simples: certa vez teve acesso a um livro chamado Experiências químicas, e com o
pouco dinheiro que tinha comprou instrumentos simples e começou a fazer as
experiências que estavam no livro. Assim, foi modelando sua inteligência,
desenvolvendo sua técnica. Conforme ele progredia, aumentava o seu interesse e
a sua curiosidade. Lia todos os livros de ciência que encontrava.
Desde 1810 Faraday assistiu aulas de John Tatum
(fundador de uma sociedade filosófica), sobre diversos assuntos. Em 1810, com 20 anos de idade, Faraday
foi convidado para assistir a quatro conferências de sir Humphry Davy, químico inglês e presidente da Royal Society entre 1820 e 1827. Faraday tomou notas
destas conferências e, mais tarde, redigiu-as em formato mais completo. Então, em 1812, escreveu para Humphry
Davy (que admirava muito desde que assistiu as aulas de química), mandando
cópias destas notas. Davy respondeu para Faraday quase imediatamente, e muito
favoravelmente, além de marcar um encontro.
Em março de 1813, foi nomeado ajudante de
laboratório da Royal
Institution, por recomendação de Humphry Davy.
Davy precisava fazer uma lâmpada de segurança
para ser usada nas minas e Faraday pode mostrar seu potencial, dando-lhe
sugestões, pois tinha grande capacidade analítica. Suas sugestões foram
aceitas. Davy o reconheceu e lhe deu a oportunidade de participar ativamente de
suas experiências.
Seis meses depois, Davy o convidou para acompanhá-lo
como seu “assessor filosófico” em uma série de conferências. No dia 13 de
outubro de 1813, partiram para a Europa. “Esta manhã marca uma época em minha
vida”, escreveu em seu diário. Como o criado de Davy desistiu de viajar,
Faraday assumiu este papel. A viagem foi cheia de surpresas para Faraday:
conheceu o mar, as montanhas, o Vesúvio; em Paris, viu Napoleão; conheceu Alessandro Volta, André-Marie Ampère, Joseph Gay-Lussac e outros cientistas.
Em 1815, de volta à Inglaterra. Faraday passa a
integrar o Royal Institution, sendo conferencista ocasional. Ele e Davy
concluem a lâmpada de segurança, que começou a ser usada no ano seguinte.
Faraday declara que a lâmpada não era perfeitamente segura, o que desagrada ao
ego de Davy. Ingressou na Sociedade Filosófica, onde realizava conferências
sobre química, utilizando-se do que ouvia de Davy.
Em 12 de junho de 1821, Faraday casou-se com
Sarah Barnard (1800-1879), e não tiveram filhos. Em 1820, Hans Christian Ørsted provou os efeitos magnéticos da
corrente elétrica: um fio metálico conduzindo corrente elétrica provoca o
desvio de uma agulha metálica.
Neste mesmo ano, William Hyde Wollaston concluiu que ao aproximar um ímã de um
fio onde está passando corrente elétrica o fio deveria girar em torno do ímã.
No dia 3 de setembro deste ano, Faraday mostrou que uma barra de ímã girava em
torno de um fio eletrizado e que um fio suspenso eletrizado girava em torno de
um ímã fixo, comprovando a teoria de Wollaston. Em outubro, publicou no
“Quarterly Journal”. No natal do mesmo ano, fez com que o fio se movesse pela
influência do magnetismo terrestre.
Com uma sugestão de Davy, Faraday consegue obter
cloro líquido. Escreveu, então, um comunicado para a Royal Society.
Mas Davy o lê, antes de ser enviado, e redige uma nota sobre sua participação.
Foi eleito membro da Royal Society em 1824.
Recebeu a nomeação para diretor do laboratório
em fevereiro de 1825. Neste mesmo ano, isolou o benzeno do óleo de baleia.
Trabalhou como perito em tribunais, tendo ganho,
num só ano, cinco mil dólares.
Em 1827, foi convidado para trabalhar na Universidade de Londres, mas rejeitou o
convite.
Trabalhou por quatro anos em vidros para óptica. Obteve várias qualidades de vidro,
conseguindo aperfeiçoar o telescópio.
Em 17 de outubro de 1831, demonstrou que era
possível converter energia mecânica em energia elétrica. Foi a primeira
demonstração de um dínamo, que veio a ser o principal meio de
fornecimento de corrente elétrica. No dia 29 desse mês, pegou um disco de cobre
preso a um cabo e um ímã em formato de ferradura. Entre os pólos do ímã fez
girar o disco, que estava ligado a um galvanômetro, a agulha se moveu com o girar do
disco.
Em 1832, fundou a eletroquímica e desenvolveu as leis da eletrólise. Neste mesmo ano, recebeu o Diploma
Honorário da Universidade de Oxford, sendo homenageado com a medalha Copley da Royal Society, a maior honraria já
concedida por ela.
Em 1833 tornou-se Professor Fulleriano
de Química na Royal
Institution.
Faraday teve importância na química como
descobridor de dois cloretos de carbono, investigador de ligas de aço e produtor de vários tipos novos de vidros. Um desses vidros tornou-se
historicamente importante por ser a substância em que Faraday
identificou a rotação do plano de polarização da luz quando era colocado num campo magnético e também por ser a primeira substância
a ser repelida pelos pólos de um ímã. Particularmente, ele acreditava nas
linhas de campo elétrico e magnético como entidades físicas reais e não
abstrações matemáticas. Porém, suas descobertas no campo da electricidade
ofuscaram quase que por completo sua carreira química. Entre elas a mais
importante é a indução
electromagnética, em 1831.
Em 1857, o professor Tyndall lhe oferece a
presidência da Royal Society, mas Michael recusa: “quero ser simplesmente
Michael Faraday até o fim”. Ele queria continuar com suas experiências, se
fosse presidente não teria tempo para isso.
Suas pesquisas e descobertas;
Michael foi principalmente um experimentalista, e de fato, ele foi descrito
como o "melhor experimentalista na história da ciência", embora não conhecesse matemática avançada,
como cálculo infinitesimal.
Tanto suas contribuições para a ciência, e o impacto delas no mundo, são
certamente grandes: suas descobertas científicas cobrem áreas significativas
das modernas física e química, e a tecnologia desenvolvida baseada
em seu trabalho está ainda mais presente. Suas descobertas em eletromagnetismo deixaram a base para os trabalhos de engenharia no fim do século XIX por
pessoas como Edison, Siemens, Tesla e Westinghouse,
que tornaram possível a eletrificação das sociedades industrializadas,
e seus trabalhos em eletroquímica são agora amplamente usados em química industrial.
Na física, foi um dos primeiros a estudar as
conexões entre eletricidade eletomagnetismo. Em 1821, logo após Oersted ser o primeiro a descobrir que a
eletricidade e o magnetismo eram associados entre si, Faraday publicou seu
trabalho que chamou de "rotação eletromagnética" (princípio por trás
do funcionamento do motor elétrico). Em 1831, Faraday descobriu a indução
eletromagnética, o princípio por trás do gerador elétrico e do transformador elétrico. Suas ideias sobre os campos elétricos e os
magnéticos, e a natureza dos campos em geral, inspiraram trabalhos
posteriores nessa área (como as equações de Maxwell),
e campos do tipo que ele fitou são conceitos-chave da física atual.
Suas pesquisas e descobertas;
Michael foi principalmente um experimentalista, e de fato, ele foi descrito
como o "melhor experimentalista na história da ciência", embora não conhecesse matemática avançada,
como cálculo infinitesimal.
Tanto suas contribuições para a ciência, e o impacto delas no mundo, são
certamente grandes: suas descobertas científicas cobrem áreas significativas
das modernas física e química, e a tecnologia desenvolvida baseada
em seu trabalho está ainda mais presente. Suas descobertas em eletromagnetismo deixaram a base para os trabalhos de engenharia no fim do século XIX por
pessoas como Edison, Siemens, Tesla e Westinghouse,
que tornaram possível a eletrificação das sociedades industrializadas,
e seus trabalhos em eletroquímica são agora amplamente usados em química industrial.
Na física, foi um dos primeiros a estudar as
conexões entre eletricidade eletromagnetismo. Em 1821, logo após Oersted ser o primeiro a descobrir que a
eletricidade e o magnetismo eram associados entre si, Faraday publicou seu
trabalho que chamou de "rotação eletromagnética" (princípio por trás
do funcionamento do motor elétrico). Em 1831, Faraday descobriu a indução
eletromagnética, o princípio por trás do gerador elétrico e do transformador elétrico. Suas ideias sobre os campos elétricos e os
magnéticos, e a natureza dos campos em geral, inspiraram trabalhos
posteriores nessa área (como as equações de Maxwell),
e campos do tipo que ele fitou são conceitos-chave da física atual.
Faraday definiu essa lei de maneira verbal,
usando o arcabouço de linhas de campo que ele mesmo havia desenvolvido, o que
dificultou a transmissão de suas idéias no meio acadêmico. Apenas no ano de
1845 Franz Ernst Neumann escreveu a Lei em uma forma
matemática:
O sinal de menos é contribuição fundamental de Heinrich Lenz.
A corrente induzida no circuito é de fato gerada por um campo magnético, e a lei de Lenz afirma que o sentido da corrente é o oposto da
variação do campo magnético que a gera. Isso
significa que a indução sempre se dá com o intuito de manter o campo com a
mesma direção e magnitude. Caso o campo magnético aumente, surge uma corrente
que gera um campo contrário, tentando impedir esse aumento. Se o campo diminui
um efeito inverso acontece. Isso não significa que as correntes induzidas sejam
suficientes para manter o campo magnético.
O Transformador;
O Gerador;
Esse tipo de gerador é um exemplo de modelo de gerador que fornece a corrente alternada que é
usada no cotidiano.
Na química, descobriu o benzeno, produziu os primeiros cloretos de
carbono conhecidos (C2Cl6 e C2Cl4), ajudou a estender as fundações
da metalurgia emetalografia, além de ter tido sucesso em liquefazer gases nunca antes liquefeitos (dióxido de carbono, cloro,
entre outros), tornando possíveis métodos de refrigeração que foram muito
usados. Talvez sua maior contribuição foi em virtualmente fundar a eletroquímica,
e introduzir termos como eletrólito, ânodo, catodo, eletrodo, e íon.
A história com a Rainha.
Há relatos de um evento supostamente ocorrido
com Faraday que é usado até hoje como forma de satirizar aqueles que não
conseguem encontrar relevância em trabalhos de pesquisa básica, como os
realizados por Faraday. Certa vez Faraday recebeu uma visita da rainha da
Inglaterra em seu laboratório. Quando a rainha lá chegou, Faraday logo se pôs a
mostrar-lhe todas as suas invenções e descobertas. Ao terminar a demonstração a
rainha perguntou:
- Mas para que servem todas essas coisas?
Ao que o sábio físico respondeu:
- E para que serve um bebê?
Seu nome foi dado a grandeza elétrica de
capacitância, o Sistema Internacional de Unidades
Um farad corresponde à capacidade de armazenamento de energia elétrica de um capacitor ou condensador ou de um sistema de condutores,
entre cujas placas exista uma diferença
de potencial elétrico (tensão) de 1 volt (1 V), quando está carregado de uma
quantidade de eletricidade igual a um coulomb (1 C ).
Reciprocamente, um capacitor bipolar
(ou um elemento passivo bipolar qualquer de circuito elétrico)
tem a capacitância de um farad se, estando carregado com uma carga de
1 coulomb, apresentar uma diferença de potencial elétrico de 1 volt entre os
seus terminais.
A inclusão de "elemento passivo bipolar qualquer" na definição é
significativa pelo fato de que, embora se espere idealmente encontrar
capacitância apenas no condensador, ocorre que todo e qualquer elemento pode
apresentar propriedade capacitiva - definida como "capacidade de
armazenamento de carga elétrica num dado campo elétrico, sob uma dada diferença de
potencial elétrico".
Além disso, a "constante de
Faraday" (símbolo: F)
é uma constante física fundamental que representa a carga molar elementar A constante recebeu este nome em
homenagem, devido aos seus vastos estudos em eletroquímica
A Gaiola de Faraday foi um experimento conduzido por Michael Faraday para demonstrar que uma superfície
condutora eletrizada possui campo elétrico nulo em seu interior dado que as cargas se
distribuem de forma homogênea na parte mais externa da superfície condutora (o
que é fácil de provar com a Lei de Gauss), como exemplo podemos citar o Gerador de Van de
Graaff.
-No experimento de Faraday foi utilizada uma
gaiola metálica, que colocou um isolante e uma cadeira de madeira e sentou-se,
deu-se uma descarga elétrica,e nada aconteceu a ele, e provou que um corpo
dentro da gaiola poderia permanecer lá, isolado e sem levar nenhuma descarga
elétrica pois os elétrons se distribuem em sua parte exterior da superfície.
Normalmente hoje em dia são usadas utilizadas
pela banda "ARC ATTACK" dos Estados Unidos, para poderem ficar entre as
descargas de alta tensão geradas pelas grandes bobinas de Tesla, sem nenhum
dano ou queimadura. A gaiola de Faraday também é muito aplicada em equipamentos
eletrônicos para evitar interferências eletromagnéticas.
Quando objetos condutores em forma de barra
possuem uma carga líquida, por exemplo, estas buscarão as extremidades opostas,
devido à repulsão eletrostática entre cargas de mesmo sinal. Isto ocorre devido
à tendência natural de cargas elétricas de mesmo sinal é de ocuparem regiões de
maior distância possível umas das outras, de modo a minimizar a diferença de
potencial eletrostático, causando um efeito chamado de blindagem eletrostática.
como cascas esféricas tem carga líquida, estas se distribuirão na superfície
externa da mesma.
Outro invento;
Um gerador unipolar ou homopolar,
também chamado de disco de
Faraday, é um gerador elétrico de corrente contínua. Em um gerador unipolar, um disco
magnético, condutor de eletricidade, em rotação, possui um campo
magnético diferente
passando pelo gerador, criando uma diferença de potencial entre dois pontos de contato, um no centro
do disco e outro fora do disco.
Faraday morreu na sua casa em Hampton Court , aos
75 anos, e não foi enterrado na Abadia de Westminster, mas no Cemitério de Highgate.
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Gustav
Robert Kirchhoff
Kirchhoff nasceu em Königsberg, Prússia(atualmente Kaliningrado, Rússia), 12 de março de 1824..
Filho de Friedrich Kirchhoff (advogado) e Johanna Henriette. Graduou-se na Universidade de Königsberg em 1847, onde participou dos seminários de
física-matemática sob a direção de Franz
Ernst Neumann e Friedrich Julius Richelot. Casou com Clara Richelot em 1857, filha
de Friedrich Julius Richelot, um dos seus professores de matemática. No mesmo
ano mudou-se para Berlim, recebendo o posto de catedrático em Breslau (actualWrocław, Polónia). Clara faleceu em 1869, com 35 anos de
idade.
Carreira;
Kirchhoff formulou as leis dos nós e das malhas
na análise de circuitos elétricos (Leis de
Kirchhoff) em 1845, quando ainda era um estudante. Propôs a lei da
emissão de radiação térmica em 1859, comprovando-a em 1861.
“Formula leis
baseadas no Princípio da Conservação da Energia e no Princípio de Conservação
da Carga Elétrica.”
Em 1854
transferiu-se para a Universidade de Heidelberg, onde colaborou
em trabalhos sobre espectroscopia com Robert Bunsen,
descobrindo juntamente com este os elementos césio e rubídio em 1861, estudando a composição química do Sol através do seu espectro.
“Foi professor de
física na Universidade de Heidelberg de 1854 a 1874. Estudou a aplicação da teoria
mecânica do calor nos processos físicos e químicos, uma valiosa colaboração à
teoria da difração, da reflexão e da refração da luz.”
Posteriormente propôs as três leis que descrevem
a emissão de luz por objectos incandescentes:
2.
Um gás ténue produz luz com linhas espectrais
em comprimentos de ondadiscretos que dependem da
composição química do gás.
3.
Um objeto sólido a alta temperatura rodeado de um gás ténue a temperaturas
inferiores produz luz num espectro contínuo com vazios em comprimentos de onda
discretos cujas posições dependem da composição química do gás.
A existência destas leis foi explicada mais
tarde por Niels Bohr,
contribuindo decisivamente para o nascimento da mecânica quântica.
Seu livro "Vorlesungen über mathematische
Physik, Mechanik", 1897, é atualmente fonte básica de referência.
Suas contribuições científicas foram
principalmente no campo dos circuitos elétricos, naespectroscopia, na emissão de radiação dos corpos negros e na teoria
da elasticidade(modelo
de placas de Kirchhoff–Love). Kirchhoff propôs o nome de
"radiação do corpo negro" em 1862. É autor de duas leis fundamentais
da teoria clássica dos circuitos elétricos e da emissão térmica.
Kirchhoff e Bunsen encontraram um meio de
determinar a composição das estrelas, analisando seus espectros, e com isto
mostraram que o Sol continha os mesmos elementos que a Terra, embora é claro em
diferentes proporções e em outras condições (devido a pressão, temperatura,
etc), com isto também descobriram elementos até então desconhecidos.
Entre as suas descobertas estas o elemento
químico rubídio.
E elemento
químico de símbolo Rb de número atômico 37 (37prótons e 37 elétrons).
O rúbidio é um elemento
metálico leve, branco-prateado e do grupo dos metais
alcalinos. A massa
atômica é
85,4678 u. O elemento é altamente reativo, com propriedades similares
a outros elementos do grupo 1A, bem como uma oxidação na atmosfera terrestre muito rápida. O rúbídio tem um isótopo
estável,o Rb. O isótopo Rb, que compõe quase 28% da ocorrência
natural do rubídio, é ligeiramente radioativo, com uma meia-vida de 49 bilhões de anos — mais de três vezes
maior que a idade estimada do universo.
Junto com seu amigo o também Robert Bunsen,
descobriram a existência do rubídio em 1861 pelo método então descoberto de espectroscopia
de absorção atômica de chama. Seus compostos têm aplicações químicas
e eletrônicas. O metal do rubídio é facilmente vaporizado e tem um alcance de
absorção espectral prático, fazendo dele um alvo frequente de manipulação a laser de átomos.
Não se conhece nenhum ser vivo que tenha
necessidade do rubídio no organismo. No entanto, como o césio, os íons de rubídio são manejados por
organismos vivos de um jeito similar aos íons de potássio: são ativamente
aproveitados por plantas e por células de animais vivos.
Faleceu em 17 de
outubro de 1887 (63 anos).
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O
último precursor que trago nesta terceira parte
é James
Clerk Maxwell
Nasceu em Edimburgo, 13 de Junho de 1831, na
Rua India,no 14.
Filho de John Clerk Maxwell, um advogado, e Frances Maxwell O pai de Maxwell era um homem com
confortáveis meios financeiros, aparentado com a família Clerk de Penicuik, Midlothian,
os titulares do baronato de
Clerk de Penicuik, sendo seu irmão o sexto barão. Nascera John Clerk, adicionando o sobrenome Maxwell ao seu
próprio depois de ter herdado uma propriedade rural em Middlebie,
Kirkcudbrightshire,
a partir das conexões com a família de Maxwell, eles próprios membros do pariato.
Os pais de Maxwell não se conheceram e se
casaram, até que tivessem passado dos trinta anos, , o que era incomum para a época,
Frances Maxwell tinha quase 40 quando James nasceu. Eles tinham tido
anteriormente uma criança, uma filha, Elizabeth, que morreu na infância. Chamaram seu único filho sobrevivente
de James, um nome que tinha sido usado não só pelo seu avô, mas também por
muitos outros de seus ancestrais.
Seus pais John Clerk Maxwell e Frances Maxwell
possuíam extensas terras no campo escocês, onde Maxwell cresceu. Sua mãe
adoeceu, provavelmente com cancro, e morreu em 1839. Aos 10 anos de idade,
Maxwell foi para escola em Edimburgo. Ele fez a universidade em
Edimburgo, pensando que aí teria mais possibilidade de vir a ser cientista, do
que em uma universidade mais prestigiosa como por exemplo Cambridge onde também
tinha sido aceito. Na universidade de Edimburgo, graduou-se em Filosofia Natural
(como era nessa época denominada a Física), Filosofia Moral e Filosofia Mental. Em 1850 foi estudar matemática na
Universidade de Cambridge, mais precisamente no Trinity College. É nesta época
que Maxwell inicia o seu estudo das equações de eletromagnetismo, que
continuaria praticamente toda a sua vida. Em 1854, graduou-se, entre os
melhores estudantes do seu ano, e imediatamente depois apresenta um brilhante
artigo à Sociedade Filosófica
de Cambridge com o título
"On the Transformation of Surfaces by Bending", um dos poucos artigos
puramente matemáticos que escreveu.
Os trabalhos da Juventude;
Maxwell publicou seu primeiro artigo aos
quatorze anos. Esse trabalho veio da necessidade do artista e decorador D. R.
Hay de construir uma figura oval perfeita (elipse). O método
proposto por Maxwell usa uma corda presa em dois pontos para mover um terceiro
ponto, que descreve a forma da elipse. Figuras desta natureza foram estudadas
no passado por Descartes, a originalidade do trabalho está na forma simples de
resolver o problema.
Três do quatro artigos seguintes foram sobre
geometria. On the Theory of
Rolling Curves (Sobre a teoria das curvas rolantes), de 1848, estuda a
geometria diferencial de curvas geradas como a cicloide,
com uma figura rolando sobre outra. O artigo de 1853 foi uma curta investigação
sobre óptica geométrica, e este trabalho levou à descoberta da lente
"olho-de-peixe". O terceiro trabalho dessa época, Transformation of Surfaces by
Bending(Transformações de superfícies por flexão), ampliação de um trabalho
iniciado por Gauss. O único artigo
desse período a abordar apenas física foi On
the Equilibrium of Elastic Solids (Sobre o equilíbrio de sólidos
elásticos), escrito em 1850, pouco antes da ida para Cambridge.
Carreira;
Em 1856 Maxwell se tornou professor em Aberdeen, e
casa-se aos 27 anos com Katherine Mary Dewar, com quem nunca teve filhos.
De 1855 a 1872 publicou com
intervalos uma série de investigações sobre a percepção da cor e o daltonismo pela
qual receberia a medalha Rumford da Royal Society em 1860. Em 1859
recebeu o prêmio Adams por um artigo sobre a estabilidade dos anéis de Saturno,
em que demonstra que estes não podem ser completamente sólidos nem fluidos. A estabilidade destes anéis implica
que eles têm de ser constituídos por numerosas pequenas partículas sólidas. Do
mesmo modo provou que o sistema solar não podia ser formado pela condensação de
uma nébula puramente gasosa, mas que esta nébula tinha que conter também
pequenas partículas sólidas. Foi também nesta época que Maxwell fez os seus
trabalhos mais importantes em física estatística, tendo generalizado o trabalho
iniciado por Clausius em
que este punha a hipótese de que um gás era formado por moléculas que se movem
a uma certa velocidade e que vão mudando de velocidade ao chocar entre si.
Maxwell considerou que as partículas se tinham que mover a diferentes
velocidades e estudou a distribuição da velocidade destas. Em 1868 a continuação deste
trabalho feita por Boltzmann daria origem à chamada distribuição
de Maxwell-Boltzmann e
ao campo da mecânica estatística.
Em 1860 foi nomeado professor no King's College de Londres e
em 1861 foi eleito membro da Royal Society. Durante este período
investigou temas em elasticidade e
em geometria pura, mas também prosseguiu os seus estudos em visão e óptica,
tendo por exemplo demonstrado que se pode produzir uma fotografia a cores
utilizando filtros vermelho, verde e azul e sobrepondo as três imagens assim
obtidas (ver ao lado imagem da primeira fotografia a cores na história, obtida
por este método).
Em 1863, toma parte num
programa organizado pela Royal Society de Londres, destinado a estabelecer uma
unidade absoluta de resistência elétrica. Maxwell procura, então, oferecer uma
explicação para a inter-relação eletricidade-magnetismo.
Com
base nos trabalhos experimentais de Faraday, estabelece as célebres equações -
conhecidas como "equações de Maxwell" - do eletromagnetismo. Com esse
trabalho, ele demonstra que a ação eletromagnética viaja pelo espaço em ondas transversais semelhantes às da luz e com a mesma velocidade. Conclui, daí,
serem luz e eletricidade, em última instância, idênticas.
Equações
de Maxwell;
“As formulações de Maxwell em 1865 estavam em torno de vinte equações de
vinte variáveis,
que incluíam diversas equações hoje consideradas auxiliares das equações de
Maxwell: a Lei de Ampère corrigida, uma equação de três
componentes; a Lei de Gauss para carga, descrita por uma
equação; a relação entre densidade de corrente total e de deslocamento,
descrita por três equações, a relação entre campo magnético e o vetor potencial, descrita por uma equação de
três componentes, que implica a ausência de monopolo magnético;
a relação entre campo elétrico e os potenciais escalar e vetorial, descrita por
equações de três componentes, que implicam a Lei de Faraday;
a relação entre campos elétricos e de deslocamento, descrita por equações de
três componentes, a Lei de Ohm, que relaciona intensidade de
corrente e campo
elétrico, descrita por equações de três componentes; e a equação de
continuidade, que relaciona a intensidade de corrente e densidade de
carga, descrita por uma equação.
A formulação matemática
moderna das equações de Maxwell deve-se a Oliver Heaviside e Willard Gibbs, que em 1884 reformularam o
sistema original de equações em uma representação mais simples, utilizando-se
de cálculo vetorial.
Maxwell também havia publicado seu trabalho, em 1873, utilizando notações com
base em quaterniões, que acabou se tornando impopular.
A mudança para notação vetorial produziu uma representação matemática simétrica
que reforçava a percepção das simetrias físicas entre os vários campos. Esta notação
altamente simétrica inspiraria diretamente o desenvolvimento posterior da
física fundamental.
Como um dos resultados derivados das equações de Maxwell, surge a velocidade das ondas eletromagnéticas, dada por . Como consequência, interpretações de físicos logo em seguida sugeriam que as equações de Maxwell expressariam o eletromagnetismo apenas no referencial inercial do éter luminífero. Naquela época, para os físicos, o éter luminífero seria o meio pelo qual a luz oscilaria como onda, assim como uma onda mecânica tendo como meio uma corda, e serviria como refencial absoluto para todo o Universo. O experimento conduzido por Albert Abraham Michelson e Edward Morley produziu um resultado nulo para a hipótese da mudança da velocidade da luz devido ao movimento hipotético da Terra através do éter. Porém, explicações alternativas foram buscadas por Lorentz, entre outros. Isto culminou na teoria de Albert Einstein da relatividade especial, que postulava a ausência de qualquer referencial absoluto e a invariância das equações de Maxwell em todos os referenciais.
As equações do campo eletromagnético têm uma íntima ligação com a relatividade especial: as equações do campo magnéticopodem ser derivadas de interpretações das equações do campo elétrico sob transformações relativísticas sob baixas velocidades. Na relatividade restrita, as equações são escritas em uma forma mais compacta, manifestamente covariante, em termos de um quadritensor da intensidade do campo antissimétrico de segunda ordem, que unifica os campos elétrico e magnético em um único objeto.”
Primeira foto colorida
Após a morte de seu pai, em 1865, Maxwell se
aposentou para cuidar das terras da família. Nesta época faz importantes
contribuições à física experimental, realizando com a sua esposa uma série de
experiências sobre a viscosidade dos gases,
em que demonstraram por exemplo que a viscosidade de
um gás é independente da sua densidade.
Maxwell tinha como hábito trabalhar ao mesmo
tempo em vários assuntos, com intervalos longos entre artigos sucessivos no
mesmo campo. Por exemplo, seis anos se passaram entre o primeiro e o segundo de
seus artigos sobre eletricidade (1855, 1861), doze anos entre o segundo e o
terceiro artigos mais notáveis sobre teoria cinética (1867, 1879).8
Em 1870 publicou o livro "A teoria do
calor", que dá forma final à termodinâmica moderna e será enormemente influente
na física do século XX, e em 1871 inventou o conceito deDemónio de Maxwell,
para demonstrar que a segunda lei da
termodinâmica, que diz que a entropia nunca decresce, tem um
carácter estatístico. Neste ano ainda aceita dirigir o novoLaboratório Cavendish,
em Cambridge.1 Ele
mesmo supervisionou a construção do edifício e a compra de todos os aparelhos
científicos. Professor
Cavendish de Física, de 1871 a 1879, tinha acabado de estabelecer o
laboratório como centro de excelência científica quando morreu. Durante este
período, Maxwell preparou zelosamente a publicação das investigações completas
de Henry Cavendish, incluindo os seus estudos de
eletricidade, o que viria a ser a sua última importante contribuição para a
ciência.
Em 1873 Maxwell publicou o Tratado sobre Electricidade e
Magnetismo, livro que continha todas as suas ideias sobre este tema e que
condensa todo o trabalho que foi fazendo ao longo dos anos.
Ele estava preparando uma
revisão abrangente deste tratado com as suas novas descobertas neste tema
quando morreu em Cambridge prematuramente de cancro do abdômen em 5 de novembro de 1879. Foi
enterrado em Parton Kirk ,
na Escócia.
Fonte Wikpédia.
Fonte Wikpédia.
.
J.A.
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