Michael Faraday (Português)

Juventude

Michael Faraday nasceu na vila de Newington, Surrey, hoje parte do sul de Londres. Seu pai era um ferreiro que havia migrado do norte da Inglaterra no início de 1791 em busca de trabalho. Sua mãe era uma camponesa de grande calma e sabedoria que apoiou emocionalmente o filho durante uma infância difícil. Faraday era um dos quatro filhos, os quais tinham dificuldade em obter o suficiente para comer, já que o pai frequentemente ficava doente e incapaz de trabalhar regularmente. Faraday mais tarde se lembrou de ter recebido um pedaço de pão que durou uma semana. A família pertencia a uma pequena seita cristã, chamada Sandemaniana, que deu sustento espiritual a Faraday ao longo de sua vida. Foi a influência mais importante sobre ele e afetou fortemente a maneira como ele abordava e interpretava a natureza.

Faraday recebeu apenas os rudimentos de uma educação, aprendendo a ler, escrever e cifrar na escola dominical de uma igreja. Muito jovem ele começou a ganhar dinheiro entregando jornais para um livreiro e encadernador, e aos 14 anos foi aprendiz do homem. Ao contrário dos outros aprendizes, Faraday aproveitou a oportunidade para ler alguns dos livros trazidos para a religação. O artigo sobre eletricidade na terceira edição da Encyclopædia Britannica o fascinou particularmente. Usando garrafas velhas e madeira, ele fez um gerador eletrostático bruto e fez experimentos simples. Ele também construiu uma pilha voltaica fraca com a qual realizou experimentos em eletroquímica.

A grande oportunidade de Faraday veio quando ele recebeu uma oferta para assistir a palestras sobre química de Sir Humphry Davy na Royal Institution of Great Britain, em Londres. Faraday foi, sentou-se absorto em tudo, registrou as aulas em suas anotações e voltou a encadernar com a esperança aparentemente irrealizável de entrar no templo da ciência. Ele enviou uma cópia encadernada de suas anotações para Davy junto com uma carta pedindo emprego, mas não houve vaga. Davy não se esqueceu, entretanto, e, quando um de seus assistentes de laboratório foi demitido por briga, ele ofereceu um emprego a Faraday. Faraday começou como assistente de laboratório de Davy e aprendeu química com um dos maiores praticantes da época. Foi dito, com alguma verdade, que Faraday foi a maior descoberta de Davy.

Quando Faraday se juntou a Davy em 1812, Davy estava revolucionando a química da época. Antoine-Laurent Lavoisier, o francês geralmente considerado o fundador da química moderna, efetuou seu rearranjo do conhecimento químico nas décadas de 1770 e 1780, insistindo em alguns princípios simples. Entre eles estava o de que o oxigênio era um elemento único, pois era o único suporte da combustão e também o elemento que estava na base de todos os ácidos. Davy, depois de ter descoberto o sódio e o potássio usando uma poderosa corrente de uma bateria galvânica para decompor os óxidos desses elementos, passou à decomposição do ácido muriático (clorídrico), um dos ácidos mais fortes conhecidos. Os produtos da decomposição eram o hidrogênio e um gás verde que sustentava a combustão e que, quando combinado com a água, produzia um ácido. Davy concluiu que esse gás era um elemento, ao qual deu o nome de cloro, e que não havia oxigênio algum no ácido muriático. A acidez, portanto, não era o resultado da presença de um elemento formador de ácido, mas de alguma outra condição. O que mais poderia ser essa condição senão a forma física da própria molécula de ácido? Davy sugeriu, então, que as propriedades químicas não eram determinadas apenas por elementos específicos, mas também pela maneira como esses elementos eram arranjados nas moléculas. Ao chegar a essa visão, ele foi influenciado por uma teoria atômica que também teria consequências importantes para o pensamento de Faraday. Essa teoria, proposta no século 18 por Ruggero Giuseppe Boscovich, argumentava que os átomos eram pontos matemáticos cercados por campos alternados de forças atrativas e repulsivas. Um elemento verdadeiro compreendia um único ponto, e os elementos químicos eram compostos de vários desses pontos, sobre os quais os campos de força resultantes poderiam ser bastante complicados. As moléculas, por sua vez, eram construídas a partir desses elementos, e as qualidades químicas tanto dos elementos quanto dos compostos eram os resultados dos padrões finais de força em torno de aglomerados de átomos pontuais. Uma propriedade de tais átomos e moléculas deve ser especificamente observada: eles podem ser colocados sob considerável tensão, ou tensão, antes que as “ligações” que os mantêm unidos sejam quebradas.Essas tensões seriam fundamentais para as ideias de Faraday sobre eletricidade.

O segundo aprendizado de Faraday, sob Davy, terminou em 1820. Nessa época, ele havia aprendido química tão profundamente quanto qualquer pessoa viva. Ele também teve ampla oportunidade de praticar análises químicas e técnicas de laboratório até o ponto de domínio completo, e desenvolveu suas visões teóricas a ponto de poderem guiá-lo em suas pesquisas. Seguiu-se uma série de descobertas que surpreendeu o mundo científico.

Faraday alcançou sua primeira fama como químico. Sua reputação como químico analítico o levou a ser chamado como testemunha especialista em julgamentos legais e à construção de uma clientela cujos honorários ajudaram a sustentar a Royal Institution. Em 1820 ele produziu os primeiros compostos conhecidos de carbono e cloro, C2Cl6 e C2Cl4. Esses compostos foram produzidos substituindo cloro por hidrogênio em “gás olefiante” (etileno), as primeiras reações de substituição induzidas. (Essas reações serviriam posteriormente para desafiar a teoria dominante de combinação química proposta por Jöns Jacob Berzelius.) Em 1825, como um resultado da pesquisa sobre gases iluminantes, Faraday isolou e descreveu o benzeno. Na década de 1820, ele também conduziu investigações de ligas de aço, ajudando a lançar as bases para a metalurgia e metalografia científicas. Ao concluir uma tarefa da Royal Society of London para melhorar a qualidade de vidro óptico para telescópios, produziu um vidro de altíssimo índice de refração que o conduziria em 1845 à descoberta do diamagnetismo. Em 1821 casou-se com Sarah Barnard, estabeleceu-se definitivamente na Royal Institution, e iniciou a série de pesquisas sobre eletricidade e magnetismo que revolucionaria a física.

Em 1820, Hans Christian Ørsted anunciou a descoberta de que o fluxo de uma corrente elétrica através de um fio produzia um campo magnético ao redor do fio. André-Marie Ampère mostrou que a força magnética aparentemente era circular, produzindo com efeito um cilindro de magnetismo ao redor do fio. Nenhuma força circular jamais havia sido observada, e Faraday foi o primeiro a entender o que isso implicava. Se um pólo magnético pudesse ser isolado, ele deveria se mover constantemente em um círculo ao redor de um fio condutor de corrente. A engenhosidade e habilidade de laboratório de Faraday permitiram-lhe construir um aparelho que confirmou esta conclusão. Este dispositivo, que transformava energia elétrica em energia mecânica, foi o primeiro motor elétrico.

Essa descoberta levou Faraday a contemplar a natureza da eletricidade. Ao contrário de seus contemporâneos, ele não estava convencido de que a eletricidade era um fluido material que fluía por fios como a água por um cano. Em vez disso, ele pensou nisso como uma vibração ou força transmitida de alguma forma como resultado de tensões criadas no condutor. Um de seus primeiros experimentos após a descoberta da rotação eletromagnética foi passar um raio de luz polarizada por uma solução em que a decomposição eletroquímica estava ocorrendo, a fim de detectar as tensões intermoleculares que ele pensava serem produzidas pela passagem de uma corrente elétrica. Durante a década de 1820, ele continuou voltando a essa ideia, mas sempre sem resultado.

Na primavera de 1831, Faraday começou a trabalhar com Charles (mais tarde Sir Charles) Wheatstone na teoria do som, outro fenômeno vibracional . Ele ficou particularmente fascinado pelos padrões (conhecidos como figuras de Chladni) formados em pó de luz espalhado em placas de ferro quando essas placas eram colocadas em vibração por um arco de violino. Aqui foi demonstrada a capacidade de uma causa dinâmica de criar um efeito estático, algo que ele estava convencido de que acontecia em um fio condutor de corrente. Ele ficou ainda mais impressionado com o fato de que tais padrões podiam ser induzidos em um prato curvando outro próximo. Essa indução acústica é aparentemente o que está por trás de seu experimento mais famoso. Em 29 de agosto de 1831, Faraday enrolou um grosso anel de ferro em um dos lados com fio isolado conectado a uma bateria. Ele então enrolou o lado oposto com um fio conectado a um galvanômetro. O que ele esperava era que uma “onda” seria produzida quando o circuito da bateria fosse fechado e que a onda surgisse como uma deflexão do galvanômetro no segundo circuito. Ele fechou o circuito primário e, para sua alegria e satisfação, viu o salto da agulha do galvanômetro. Uma corrente foi induzida na bobina secundária por uma na primária. Quando ele abriu o circuito, no entanto, ficou surpreso ao ver o galvanômetro pular na direção oposta. De alguma forma, desligar a corrente também criou um corrente induzida, igual e oposta à corrente original, no circuito secundário.Esse fenômeno levou Faraday a propor o que chamou de estado “eletrotônico” das partículas no fio, que considerou um estado de tensão. Uma corrente parecia, assim, ser a instauração de tal estado de tensão ou o colapso de tal estado. . Embora ele não tenha conseguido encontrar evidências experimentais do estado eletrotônico, ele nunca abandonou inteiramente o conceito, e ele moldou a maior parte de seu trabalho posterior.

No outono de 1831, Faraday tentou determinar exatamente como um corrente foi produzida. Seu experimento original envolveu um poderoso eletroímã criado pelo enrolamento da bobina primária. Ele agora tentou criar uma corrente usando um ímã permanente. Ele descobriu que quando um ímã permanente era movido para dentro e para fora de uma bobina de fio, uma corrente foi induzida na bobina. Os ímãs, ele sabia, eram cercados por forças que poderiam ser tornadas visíveis pelo simples expediente de borrifar limalhas de ferro em um cartão colocado sobre eles. Faraday viu as “linhas de força” assim reveladas como linhas de tensão no meio, ou seja, ar, em torno do ímã, e ele logo descobriu a lei que determina a produção de correntes elétricas por ímãs: a magnitude de uma corrente dependia do número de linhas de força cortadas pelo condutor em unidade de tempo. Ele imediatamente percebeu que uma corrente contínua poderia ser produzida girando um disco de cobre entre os pólos de um poderoso ímã e tirando condutores da borda e do centro do disco. O lado de fora do disco cortaria mais linhas do que o lado de dentro e, portanto, haveria uma corrente contínua produzida no circuito que liga a borda ao centro. Este foi o primeiro dínamo. Foi também o ancestral direto dos motores elétricos, pois bastava reverter a situação, alimentar o disco com corrente elétrica, para fazê-lo girar.