James Clerk Maxwel
O lugar de Maxwell entre os grandes físicos do século XIX deve-se a suas pesquisas sobre eletromagnetismo, teoria cinética dos gases, visão colorida, anéis de Saturno, óptica geométrica, e alguns estudos sobre engenharia. Ele escreveu quatro livros e cerca de cem artigos científicos.
Em meados do século XIX, uma grande teoria foi proposta, a teoria diz que em torno de qualquer carga elétrica, há um campo de força. A teoria de que um fluxo de eletricidade poderia,de alguma forma, criar um campo de força invisível, foi originalmente proposta por Michael Faraday, mas seria necessário um jovem escocês genial chamado James Clark Maxwell, para provar que Faraday estava certo, e não através da experimentação, mas da matemática.
Antes de Maxwell, os cientistas construíam máquinas estranhas ou concebiam experiências maravilhosas para criar e medir a eletricidade. Mas Maxwell era diferente. Ele estava interessado nos números, e sua nova teoria não só revelou o campo de força invisível da eletricidade, mas como ele poderia ser manipulado, o que mostraria ser uma das mais importantes descobertas científicas de todos os tempos. Maxwell foi um matemático e um dos melhores. Ele via eletricidade e magnetismo de uma nova forma. Ele expressou tudo isso em equações matemáticas concisas. E o mais importante é que nas equações de Maxwell há o entendimento da eletricidade e do magnetismo como algo interligado e que podia ocorrer em ondas.
Os cálculos de Maxwell mostraram como esses campos poderiam ser perturbados assim como tocar a superfície da água com o dedo. Mudar a direção da corrente elétrica criaria uma ondulação ou onda através destes campos elétrico e magnético. E mudar constantemente a direção do fluxo da corrente, para a frente e para trás, como um acorrente alternada, produziria uma série de ondas,ondas que transportavam energia. A matemática de Maxwell lhe dizia que alterar as correntes elétricas emitiria grandes ondas de energia às suas vizinhanças. Ondas que se propagariam ao infinito a menos que algo as absorvesse.
A matemática de Maxwell era tão avançada e complicada que apenas poucos a compreenderam na época, e embora seu trabalho ainda fosse apenas uma teoria, inspirou um jovem físico alemão chamado Heinrich Hertz. Hertz decidiu dedicar-se a projetar uma experiência para provar que as ondas de Maxwell realmente existiam. O aparelho original de Hertz e sua beleza está em sua grande simplicidade. O calor gera uma corrente alternada que corre por hastes de metal, com uma faísca que salta pelo espaço entre estas duas esferas.
Se Maxwell estivesse certo, esta corrente alternada deveria gerar uma onda eletromagnética invisível que se espalharia no ambiente. Se colocarmos um fio no caminho dessa onda, então nele, deve haver um campo eletromagnético oscilante, que deve induzir uma corrente elétrica no fio. Assim, Hertz montou um anel de fio, o seu receptor, que colocaria em posições diferentes pela sala para verificar se poderia detectar a presença da onda. E ele fez isso deixando um espaço bem pequeno no fio, através do qual uma faísca saltaria se uma corrente percorresse o anel. Devido à corrente ser muito fraca, essa faísca é muito tênue. Hertz passou praticamente a maior parte de 1887 numa sala escura olhando fixamente por uma lente para ver se podia detectar a presença dessa faísca tênue.
Hertz acabou encontrando o que procurava uma faísca minúscula. Enquanto carregava seu receptor por diferentes posições na sala, ele foi capaz de mapear a forma das ondas produzidas pelo seu aparelho. Ele checou cada um dos cálculos de Maxwell com cuidado e os testou experimentalmente.
A demonstração espetacular de Hertz das ondas eletromagnéticas, as chamadas ondas de rádio, embora ele não soubesse à época, que levaria a uma revolução nas comunicações no século seguinte. A teoria de Maxwell mostrara como cargas elétricas poderiam criar um campo de força em torno delas. E que as ondas se espalhariam por esses campos como ondas num lago. E Hertz construiu um dispositivo que poderia realmente criar e detectar as ondas ao passarem pelo ar.
Após o experimento de Hertz que confirmou a existência de ondas eletromagnéticas, o desenvolvimento de novas tecnologias baseadas na natureza eletromagnética da luz tornou-se um fato que exerceu e continua exercendo enormes influências sobre nossas vidas. Da “equação da onda” de Maxwell decorre que no vácuo as vibrações senoidais no tempo e no espaço dos dois campos acontecem em fase, em direções ortogonais, transversais à direção de propagação da onda. Portanto todas as propriedades das ondas eletromagnéticas decorrem das Leis de Maxwell.
Espectro eletromagnético
O espectro eletromagnético representa as faixas de frequências ou comprimentos de ondas que caracterizam os diversos tipos de ondas eletromagnéticas, como a luz visível, as micro-ondas, as ondas de rádio, radiação infravermelha, radiação ultravioleta, raios x e raios gama.
O espectro eletromagnético representa os comprimentos dos diversos tipos de ondas eletromagnéticas
Todas essas ondas propagam-se à mesma velocidade quando estão no vácuo.O comprimento de uma onda eletromagnética é que determina seu comportamento. Ondas de alta frequência são curtas, e as de baixa frequência são longas. Se a onda interage com uma única partícula ou molécula, seu comportamento depende da quantidade de fótons que ela carrega.
A pesquisa da eletricidade hoje, tem o potencial, mais uma vez, de revolucionar nosso mundo, se os supercondutores à temperatura ambiente puderem ser descobertos. Nossa dependência do poder da eletricidade só está aumentando. E quando entendermos completamente como explorar os supercondutores, um novo mundo elétrico estará sobre nós. Ele nos levará a um dos períodos mais prolíficos de descoberta e invenção humanas, um novo conjunto de ferramentas, técnicas e tecnologias para, mais uma vez, transformar o mundo.
A eletricidade mudou nosso mundo. Há apenas algumas centenas de anos, ela era vista como uma maravilha misteriosa e mágica. Em seguida,ela saiu dos laboratórios, com uma série de experiências estranhas e maravilhosas, acabando por ser dominada e utilizada. Ela revolucionou as comunicações, primeiro através de cabos, e depois, como ondas, através dos campos de longo alcance da eletricidade. Ela abastece e ilumina o mundo moderno.
Os sólidos conhecimentos de Maxwell sobre história e filosofia da ciência refletem-se em certas abordagens filosóficas presentes em seus artigos originais e em seus trabalhos em geral. Seus trabalhos exerceram, e continuam exercendo, enorme influência em toda física. A famosa teoria da relatividade restrita nasceu a partir de estudos de questões relacionadas ao eletromagnetismo e às “equações de Maxwell”. Os sistemas de unidades eletrostático e eletromagnético introduzidos por Maxwell são utilizados, com algumas mudanças, por físicos e engenheiros até os dias de hoje. Seus estudos sobre teoria cinética dos gases foram aprofundados e desenvolvidos por Boltzmann, Plank, Einstein e outros. Uma das principais contribuições de Maxwell foi determinar que a velocidade das ondas eletromagnéticas no vácuo é igual a 3.108 m/s, o que corresponde à mesma velocidade já obtida para a propagação da luz.
Em meados do século XIX, uma grande teoria foi proposta, a teoria diz que em torno de qualquer carga elétrica, há um campo de força. A teoria de que um fluxo de eletricidade poderia,de alguma forma, criar um campo de força invisível, foi originalmente proposta por Michael Faraday, mas seria necessário um jovem escocês genial chamado James Clark Maxwell, para provar que Faraday estava certo, e não através da experimentação, mas da matemática.
Antes de Maxwell, os cientistas construíam máquinas estranhas ou concebiam experiências maravilhosas para criar e medir a eletricidade. Mas Maxwell era diferente. Ele estava interessado nos números, e sua nova teoria não só revelou o campo de força invisível da eletricidade, mas como ele poderia ser manipulado, o que mostraria ser uma das mais importantes descobertas científicas de todos os tempos. Maxwell foi um matemático e um dos melhores. Ele via eletricidade e magnetismo de uma nova forma. Ele expressou tudo isso em equações matemáticas concisas. E o mais importante é que nas equações de Maxwell há o entendimento da eletricidade e do magnetismo como algo interligado e que podia ocorrer em ondas.
Os cálculos de Maxwell mostraram como esses campos poderiam ser perturbados assim como tocar a superfície da água com o dedo. Mudar a direção da corrente elétrica criaria uma ondulação ou onda através destes campos elétrico e magnético. E mudar constantemente a direção do fluxo da corrente, para a frente e para trás, como um acorrente alternada, produziria uma série de ondas,ondas que transportavam energia. A matemática de Maxwell lhe dizia que alterar as correntes elétricas emitiria grandes ondas de energia às suas vizinhanças. Ondas que se propagariam ao infinito a menos que algo as absorvesse.
Se Maxwell estivesse certo, esta corrente alternada deveria gerar uma onda eletromagnética invisível que se espalharia no ambiente. Se colocarmos um fio no caminho dessa onda, então nele, deve haver um campo eletromagnético oscilante, que deve induzir uma corrente elétrica no fio. Assim, Hertz montou um anel de fio, o seu receptor, que colocaria em posições diferentes pela sala para verificar se poderia detectar a presença da onda. E ele fez isso deixando um espaço bem pequeno no fio, através do qual uma faísca saltaria se uma corrente percorresse o anel. Devido à corrente ser muito fraca, essa faísca é muito tênue. Hertz passou praticamente a maior parte de 1887 numa sala escura olhando fixamente por uma lente para ver se podia detectar a presença dessa faísca tênue.
Hertz acabou encontrando o que procurava uma faísca minúscula. Enquanto carregava seu receptor por diferentes posições na sala, ele foi capaz de mapear a forma das ondas produzidas pelo seu aparelho. Ele checou cada um dos cálculos de Maxwell com cuidado e os testou experimentalmente.
A demonstração espetacular de Hertz das ondas eletromagnéticas, as chamadas ondas de rádio, embora ele não soubesse à época, que levaria a uma revolução nas comunicações no século seguinte. A teoria de Maxwell mostrara como cargas elétricas poderiam criar um campo de força em torno delas. E que as ondas se espalhariam por esses campos como ondas num lago. E Hertz construiu um dispositivo que poderia realmente criar e detectar as ondas ao passarem pelo ar.
Após o experimento de Hertz que confirmou a existência de ondas eletromagnéticas, o desenvolvimento de novas tecnologias baseadas na natureza eletromagnética da luz tornou-se um fato que exerceu e continua exercendo enormes influências sobre nossas vidas. Da “equação da onda” de Maxwell decorre que no vácuo as vibrações senoidais no tempo e no espaço dos dois campos acontecem em fase, em direções ortogonais, transversais à direção de propagação da onda. Portanto todas as propriedades das ondas eletromagnéticas decorrem das Leis de Maxwell.
Espectro eletromagnético
O espectro eletromagnético representa as faixas de frequências ou comprimentos de ondas que caracterizam os diversos tipos de ondas eletromagnéticas, como a luz visível, as micro-ondas, as ondas de rádio, radiação infravermelha, radiação ultravioleta, raios x e raios gama.
O espectro eletromagnético representa os comprimentos dos diversos tipos de ondas eletromagnéticas
Todas essas ondas propagam-se à mesma velocidade quando estão no vácuo.O comprimento de uma onda eletromagnética é que determina seu comportamento. Ondas de alta frequência são curtas, e as de baixa frequência são longas. Se a onda interage com uma única partícula ou molécula, seu comportamento depende da quantidade de fótons que ela carrega.
A eletricidade mudou nosso mundo. Há apenas algumas centenas de anos, ela era vista como uma maravilha misteriosa e mágica. Em seguida,ela saiu dos laboratórios, com uma série de experiências estranhas e maravilhosas, acabando por ser dominada e utilizada. Ela revolucionou as comunicações, primeiro através de cabos, e depois, como ondas, através dos campos de longo alcance da eletricidade. Ela abastece e ilumina o mundo moderno.
Hoje, mal conseguimos imaginar a vida sem eletricidade. Ela define a nossa era, e estaríamos completamente perdidos sem ela. Mesmo assim, ela ainda nos oferece mais.
"Mais uma vez, estamos diante do início de uma nova era de descoberta, de uma nova revolução. Mas sobretudo, há uma coisa que todos que lidam com a ciência da eletricidade sabem... a sua história ainda não acabou."
"Mais uma vez, estamos diante do início de uma nova era de descoberta, de uma nova revolução. Mas sobretudo, há uma coisa que todos que lidam com a ciência da eletricidade sabem... a sua história ainda não acabou."
Fontes de consulta e reprodução:
Documentário da BBC: "História da Eletricidade- episódio 3: Revelações e Revoluções" Disponível em :<https://www.youtube.com/watch?v=BkkoaXCLYGI&t=37s> Acesso em Maio de 2018.
https://www.if.ufrgs.br/novocref/?contact-pergunta=leis-de-maxwell-e-ondas-eletromagneticas
https://www.sofisica.com.br/conteudos/Biografias/Maxwell.php
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/o-que-sao-ondas-eletromagneticas.htm
https://fabiohaubert.com.br/tag/supercondutores/
KHUN, Thomas. A estrutura das Revoluções Científicas. São Paulo: Editora Perspectiva,1998
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