Episódios da História do Eletromagnetismo até Maxwell

Aplicações do Cálculo Vetorial ao Eletromagnetismo e Equações de Maxwell



Entender e utilizar a Eletricidade foram enormes desafios para a humanidade, que a partir do início do século XVIII dedicou-se a desvendar seus segredos.

Um ponto de partida importante foi a descoberta das máquinas eletrostáticas, como a de F. Hausksbee (1660–1713). Pois assim tornou-se possível gerar eletricidade de forma controlada, produzindo-se estranhos fenômenos como fagulhas, atração ou repulsão de partículas carregadas que exigiam explicação científica.
Os experimentos eletrostáticos de S. Gray (1666-1736) tornaram clara a distinção entre materiais isolantes e condutores. Mas ainda não se conhecia um modo de armazenar o estranho "fluido elétrico". Até que P. V. Musschenbroek (1692-1761) descobriu a possibilidade de se armazenar eletricidade na chamada garrafa de Leiden.
Os raios causavam admiração e temor e pareciam ter origem sobrenatural. Realizando um experimento idealizado por B. Franklin (1706-1790), o conde de Buffon (1707-1788) mostrou que os assustadores raios eram de fato fenômenos elétricos e armazenou parte de sua eletricidade com uma garrafa de Leiden. Franklin propôs uma explicação "contábil" para o funcionamento da garrafa de Leiden, que envolvia cargas positivas e negativas acumuladas na garrafa. Além disso, foi ele quem introduziu termos como carga/descarga, condutor e outros.
Do reino animal vinha outra informação. As enguias eram conhecidas por produzirem uma descarga - sem fagulhas. Esse fenômeno chamou a atenção de H. Cavendish (1731-1810), que tentou entender a diferenças entre o choque produzido pelo peixe e aquele produzido pela descarga da garrafa de Leiden.
Havia uma grande polêmica, tanto científica quanto filosófica, de saber se as descargas geradas por um animal como a enguia teriam de ser de natureza radicalmente distinta daquelas produzidas pelas máquinas eletrostáticas ou pelos raios. Essa polêmica era parte de uma polêmica maior sobre a diferença entre o vivo/orgânico e o inanimado/não-orgânico.
L. Galvani (1737-1798) tinha obtido contrações da perna de um sapo que estava sendo dissecado, em contato com metais, e achava que a eletricidade de origem animal era radicalmente distinta daquela dos materiais. A opinião de A. Volta (1745-1837 ) era contrária, ou seja, que a eletricidade animal ou nos materiais era essencialmente a mesma. Ele reconsiderou o experimento de Galvani, do ponto de vista da diferença dos metais envolvidos no contato com o sapo do experimento e criou a pilha, cujo nome se origina das camadas de diferentes materiais metálicos superpostos que Volta usou.
H. Davy (1778-1829) levou adiante a descoberta da pilha de Volta, construindo uma enorme bateria com a qual gerou luz (incandescente).
Até o começo do século XIX pensava-se que a eletricidade e o magnetismo eram fenômenos completamente distintos e separados.

Foi então que H. C. Oersted (1777-1851) aproximou um fio por onde passava eletricidade de uma bússola e observou uma mudança na posição agulha. A. M. Ampère (1775-1836) continuou e refinou o experimento de Oersted.
Esse descoberta de Oersted e Ampère também atraiu a atenção de de M. Faraday ( 1791-1867), que produziu em 1821 o primeiro protótipo de motor elétrico: a eletricidade produzia um campo magnético que interagia com o campo magnético de um imã, movimentando assim uma haste metálica.
O desafio para Faraday foi o de inverter o processo: conseguir eletricidade a partir do magnetismo, ou melhor, a partir do magnetismo e do movimento. Em torno de 1830, movendo um imã, ele percebeu a formação de corrente elétrica, que cessava quando cessava o movimento do ímã.
Estava estabelecida a interação entre eletricidade e magnetismo.
Do ponto de vista prático e aplicado, os inventores se encarregaram de aplicar essa conexão à fabricação do telégrafo com fio, da lâmpada incandescente, etc.
Mas foi J. C. Maxwell (1831-1879) quem reuniu e generalizou esses fatos e conhecimentos em uma Teoria unificada do Eletromagnetismo. E a forma matemática dessa teoria aciona todos os conceitos vetoriais e os grande teoremas integrais que estudamos.

Destacamos que a forma final das chamadas Leis de Maxwell teve a colaboração de O. Heaviside (1850-1925) e H. Hertz (1857-1894).
Nesta Seção vamos explicar e exemplificar uma a uma, cada Lei de Maxwell, bem como deduzir delas o caráter de onda do campo eletromagnético.