Michael Faraday

Michael Faraday (1791–1867), químico e físico inglês, nasceu em Newington, Surrey, em 22 de setembro de 1791. Seus pais haviam migrado de Yorkshire para Londres, onde seu pai trabalhava como ferreiro. O próprio Faraday tornou-se aprendiz de encadernador. As cartas escritas a seu amigo Benjamin Abbott naquela época fornecem um relato lúcido de seus objetivos na vida e de seus métodos de autocultura, quando sua mente começava a se voltar para o estudo experimental da natureza. Em 1812, o Sr. Dance, cliente de seu mestre, levou-o para assistir a quatro palestras de Sir Humphry Davy. Faraday fez anotações dessas palestras e depois as transcreveu de forma mais completa. Incentivado pelo Sr. Dance, ele escreveu a Sir H. Davy, anexando essas anotações. “A resposta foi imediata, gentil e favorável.” Ele continuou a trabalhar como encadernador oficial até 1º de março de 1813, quando foi nomeado assistente no laboratório da Instituição Real da Grã-Bretanha por recomendação de Davy, a quem acompanhou em uma viagem pela França, Itália e Suíça de outubro de 1813 a abril de 1815. Ele foi nomeado diretor do laboratório em 1825; e em 1833 foi nomeado professor Fulleriano de química na instituição para toda a vida, sem a obrigação de dar palestras. Assim, ele permaneceu na instituição por cinquenta e quatro anos. Morreu em Hampton Court em 25 de agosto de 1867.

O trabalho químico inicial de Faraday seguiu os caminhos abertos por Davy, a quem ele serviu como assistente. Ele fez um estudo especial do cloro e descobriu dois novos cloretos de carbono. Ele também realizou os primeiros experimentos rudimentares sobre a difusão de gases, um fenômeno apontado inicialmente por John Dalton, cuja importância física foi mais plenamente destacada por Thomas Graham e Joseph Loschmidt. Ele conseguiu liquefazer vários gases; investigou as ligas de aço e produziu vários novos tipos de vidro destinados a fins ópticos. Uma amostra de um desses vidros pesados tornou-se historicamente importante mais tarde como a substância na qual Faraday detectou a rotação do plano de polarização da luz quando o vidro era colocado no campo magnético, e também como a substância que foi a primeira a ser repelida pelos polos do ímã (diamagnetismo). Ele também se esforçou com algum sucesso para tornar os métodos gerais da química, em oposição aos seus resultados, o assunto de estudo especial e de exposição popular. Veja seu trabalho sobre Manipulação Química.

Mas o trabalho químico de Faraday, por mais importante que fosse, foi logo completamente ofuscado por suas descobertas elétricas. O primeiro experimento que ele registrou foi a construção de uma pilha voltaica com sete moedas de meio penny, sete discos de folha de zinco e seis pedaços de papel umedecidos com água salgada. Com essa pilha, ele decompôs sulfato de magnésia (primeira carta a Abbott, 12 de julho de 1812). Daí em diante, quaisquer que fossem os outros assuntos que ocasionalmente pudessem atrair sua atenção, foi entre os fenômenos elétricos que ele selecionou aqueles problemas aos quais aplicou toda a força de sua mente, e que manteve persistentemente em vista, mesmo quando, ano após ano, suas tentativas de resolvê-los eram frustradas.

Sua primeira descoberta notável foi a produção da rotação contínua de ímãs e de fios condutores de corrente elétrica em torno uns dos outros. As consequências dedutíveis da grande descoberta de H.C. Oersted (21 de julho de 1820) ainda eram, em 1821, apreendidas de maneira um tanto confusa mesmo pelos principais homens da ciência. O Dr. W.H. Wollaston, de fato, tinha a expectativa de conseguir fazer o fio condutor girar em seu próprio eixo e, em abril de 1821, ele foi com Sir H. Davy ao laboratório da Instituição Real para fazer um experimento. Faraday não estava lá na época, mas ao entrar depois, ouviu a conversa sobre a esperada rotação do fio.

Em julho, agosto e setembro daquele ano, Faraday, a pedido de R. Phillips, editor do Annals of Philosophy, escreveu para aquele periódico um esboço histórico do eletromagnetismo, e repetiu quase todos os experimentos que descreveu. Isso o levou, no início de setembro, a descobrir o método de produzir a rotação contínua do fio em torno do ímã e do ímã em torno do fio. Ele não conseguiu fazer o fio ou o ímã girar em seu próprio eixo. Este primeiro sucesso de Faraday na pesquisa eletromagnética tornou-se a ocasião das mais dolorosas, embora infundadas, imputações contra sua honra. Não entraremos nelas, remetendo o leitor à Life of Faraday, do Dr. Bence Jones.

Podemos, contudo, notar que, embora o fato da força tangencial entre uma corrente elétrica e um polo magnético tenha sido claramente declarado por Oersted e claramente apreendido por A.M. Ampère, Wollaston e outros, a realização da rotação contínua do fio e do ímã um ao redor do outro era um quebra-cabeça científico que exigiu uma engenhosidade considerável para sua solução original. Pois, por um lado, a corrente elétrica sempre forma um circuito fechado, e, por outro, os dois polos do ímã têm propriedades iguais, mas opostas, e estão inseparavelmente conectados, de modo que qualquer tendência que exista para que um polo circule em torno da corrente em uma direção é oposta pela tendência igual do outro polo de girar para o outro lado, e, assim, um polo não pode arrastar o outro em torno do fio nem deixá-lo para trás. O feito não pode ser realizado a menos que se adote, de alguma forma, a engenhosa solução de Faraday, fazendo com que a corrente, em parte do seu curso, se divida em dois canais, um de cada lado do ímã, de tal maneira que, durante a revolução do ímã, a corrente seja transferida do canal à frente do ímã para o canal atrás dele, para que o meio do ímã possa passar pela corrente sem interrompê-la, assim como Ciro fez seu exército atravessar o Gyndes a seco, desviando o rio para um canal cortado atrás dele.

Devemos agora prosseguir para a descoberta culminante da indução de correntes elétricas.

Em dezembro de 1824, ele havia tentado obter uma corrente elétrica por meio de um ímã, e em três ocasiões ele fez tentativas elaboradas, mas malsucedidas, de produzir uma corrente em um fio por meio de uma corrente em outro fio ou por um ímã. Ele ainda perseverou e, em 29 de agosto de 1831, obteve a primeira evidência de que uma corrente elétrica pode induzir outra em um circuito diferente. Em 23 de setembro, ele escreve ao seu amigo R. Phillips: “Estou ocupado agora novamente com o eletromagnetismo e acho que encontrei algo bom, mas não posso dizer. Pode ser uma erva daninha em vez de um peixe que, depois de todo o meu trabalho, eu acabe puxando.” Este foi seu primeiro experimento bem-sucedido. Em mais nove dias de experimentação, ele chegou aos resultados descritos em sua primeira série de “Pesquisas Experimentais” lidas para a Royal Society em 24 de novembro de 1841. Pela intensa aplicação de sua mente, ele levou a nova ideia, em menos de três meses desde seu primeiro desenvolvimento, a um estado de perfeita maturidade.

Durante seu primeiro período de descoberta, além da indução de correntes elétricas, Faraday estabeleceu a identidade da eletrificação produzida de diferentes maneiras; a lei da ação eletrolítica definida da corrente; e o fato, no qual ele enfatizou muito, de que cada unidade de eletrificação positiva está relacionada de maneira definida a uma unidade de eletrificação negativa, de modo que é impossível produzir o que Faraday chamou de “uma carga absoluta de eletricidade” de um tipo não relacionada a uma carga igual do tipo oposto. Ele também descobriu a diferença das capacidades de substâncias diferentes para participar da indução elétrica (capacidade indutiva específica). Henry Cavendish havia descoberto antes de 1773 que vidro, cera, resina e goma-laca têm capacidades indutivas específicas mais altas do que o ar, e havia de fato determinado as razões numéricas dessas capacidades, mas isso era desconhecido tanto para Faraday quanto para todos os outros eletricistas de sua época, já que as Pesquisas Elétricas de Cavendish permaneceram não publicadas até 1879.

O primeiro período das descobertas elétricas de Faraday durou dez anos. Em 1841, ele descobriu que precisava de descanso, e foi somente em 1845 que ele iniciou seu segundo grande período de pesquisa, no qual descobriu o efeito do magnetismo na luz polarizada e os fenômenos do diamagnetismo.

Faraday manteve por muito tempo em vista a possibilidade de usar um raio de luz polarizada como meio de investigar a condição de corpos transparentes quando submetidos à ação de forças elétricas e magnéticas. Dr. Bence Jones (Life of Faraday, vol. i. p. 362) fornece a seguinte anotação de seu livro de laboratório em 10 de setembro de 1822:—

“Polarizei um raio de luz de lamparina por reflexão e tentei verificar se alguma ação despolarizante (era) exercida sobre ele pela água colocada entre os polos de uma bateria voltaica em uma cuba de vidro; foi usada uma calha de Wollaston; os fluidos decompostos foram água pura, solução fraca de sulfato de sódio e ácido sulfúrico forte; nenhum deles teve qualquer efeito sobre a luz polarizada, seja fora ou dentro do circuito voltaico, de modo que nenhuma organização particular de partículas pôde ser verificada dessa maneira.”

Onze anos depois, encontramos outra entrada em seu caderno em 2 de maio de 1833 (Life, por Dr. Bence Jones, vol. ii. p. 29). Ele tentou, então, não apenas o efeito de uma corrente constante, mas também o efeito ao fazer e interromper o contato.

“Não creio, portanto, que soluções ou substâncias em decomposição tenham (como consequência da decomposição ou arranjo momentâneo) qualquer efeito sobre o raio polarizado. Devo agora tentar corpos não-decomponíveis, como salitre sólido, nitrato de prata, bórax, vidro, etc., enquanto sólidos, para ver se algum estado interno é induzido, que é destruído pela decomposição, ou seja, se, quando não podem se decompor, algum estado de tensão elétrica está presente. Meu vidro de borato é bom, e eletricidade comum é melhor do que voltaica.”

Em 6 de maio, ele faz mais experimentos e conclui: “Portanto, não vejo razão para esperar que qualquer tipo de estrutura ou tensão possa ser evidenciada, seja em corpos decomponíveis ou não-decomponíveis, em estados isolantes ou condutores.”

Finalmente, em 1845, Faraday atacou o antigo problema, mas desta vez com completo sucesso. Antes de descrever este resultado, podemos mencionar que em 1862 ele fez da relação entre magnetismo e luz o assunto de seu último trabalho experimental. Ele se esforçou, mas em vão, para detectar qualquer mudança nas linhas do espectro de uma chama quando a chama era submetida à ação de um ímã poderoso.

Esta longa série de pesquisas é um exemplo de sua persistência. Sua energia é demonstrada na forma como ele deu seguimento à sua descoberta na única instância em que foi bem-sucedido. A primeira evidência que obteve da rotação do plano de polarização da luz sob a ação do magnetismo foi em 13 de setembro de 1845, sendo a substância transparente o seu próprio vidro pesado. Ele começou a trabalhar em 30 de agosto de 1845 em luz polarizada passando por eletrólitos. Após três dias, trabalhou com eletricidade comum, testando vidro, vidro óptico pesado, quartzo, espato da Islândia, todos sem efeito, assim como em testes anteriores. Em 13 de setembro, trabalhou com linhas de força magnética. Ar, flint glass, cristal de rocha e espato calcário foram examinados, mas sem efeito.

“O vidro pesado foi o alvo do experimento. Não produziu efeitos quando os mesmos polos magnéticos ou polos contrários estavam em lados opostos (em relação ao curso do raio polarizado), nem quando os mesmos polos estavam do mesmo lado, seja com a corrente constante ou intermitente. Mas quando polos magnéticos contrários estavam do mesmo lado, houve um efeito produzido sobre o raio polarizado, e assim a força magnética e a luz foram provadas ter relações entre si. Este fato muito provavelmente se mostrará extremamente fértil e de grande valor na investigação das condições da força natural.”

Ele imediatamente passa a examinar outras substâncias, mas com “nenhum efeito”, e termina dizendo: “Tenho o suficiente por hoje.” Em 18 de setembro, ele “faz um dia de trabalho excelente”. Durante setembro, ele teve quatro dias de trabalho e em outubro, seis, e em 6 de novembro ele enviou à Royal Society a décima nona série de suas “Pesquisas Experimentais”, na qual todas as condições do fenômeno são totalmente especificadas. A rotação negativa em meios ferromagnéticos é o único fato de importância que restou a ser descoberto posteriormente (por M.E. Verdet em 1856).

Mas seu trabalho para o ano ainda não havia terminado. Em 3 de novembro, um novo ímã em ferradura chegou, e Faraday imediatamente começou a experimentar a ação no raio polarizado através de gases, mas sem efeito. No dia seguinte, ele repetiu um experimento que não havia dado resultado em 6 de outubro. Uma barra de vidro pesado foi suspensa por seda entre os polos do novo ímã. “Quando estava arranjada e tinha entrado em repouso, descobri que podia afetá-la pelas forças magnéticas e dar-lhe posição.” Em 6 de dezembro, ele havia enviado à Royal Society a vigésima, e em 24 de dezembro, a vigésima primeira, série de suas “Pesquisas”, nas quais as propriedades dos corpos diamagnéticos são totalmente descritas. Assim, essas duas grandes descobertas foram elaboradas, como a anterior, em cerca de três meses.

A descoberta da rotação magnética do plano de luz polarizada, embora não tenha levado a aplicações práticas tão importantes quanto algumas das descobertas anteriores de Faraday, tem sido do mais alto valor para a ciência, pois fornece evidência dinâmica completa de que onde quer que a força magnética exista, há matéria, pequenas porções da qual estão girando em torno de eixos paralelos à direção dessa força.

Demos alguns exemplos da concentração de seus esforços na busca para identificar as forças da natureza aparentemente diferentes, de sua visão de longo alcance na seleção de temas para investigação, de sua persistência na busca do que se propôs, de sua energia no desenvolvimento dos resultados de suas descobertas, e da precisão e integridade com que fez sua declaração final das leis do fenômeno.

Essas características de seu espírito científico estão na superfície de seu trabalho e são manifestas a todos que leem seus escritos. Mas havia outro lado de seu caráter, para cujo cultivo ele dedicou pelo menos tanta atenção, e que era reservado para seus amigos, sua família e sua igreja. Suas cartas e sua conversação estavam sempre cheias de tudo o que pudesse despertar um interesse saudável e livres de qualquer coisa que pudesse causar mágoa. Quando, em raras ocasiões, ele foi forçado a sair da região da ciência para a da controvérsia, ele declarou os fatos e deixou que eles seguissem seu próprio caminho. Ele era inteiramente livre de orgulho e de autoafirmação indevida. Durante o crescimento de seus poderes, ele sempre aceitou agradecido uma correção e fez uso de todos os expedientes, por mais humildes que fossem, que tornassem seu trabalho mais eficaz em cada detalhe. Quando finalmente percebeu que sua memória estava falhando e seus poderes mentais estavam em declínio, ele abandonou, sem ostentação ou queixa, quaisquer partes de seu trabalho que não pudesse mais realizar de acordo com seu próprio padrão de eficiência. Quando não estava mais apto a aplicar sua mente à ciência, permaneceu contente e feliz no exercício daqueles sentimentos amáveis e afetos calorosos que cultivara com não menos cuidado do que seus poderes científicos.

Os pais de Faraday pertenciam à seita cristã muito pequena e isolada que é comumente chamada em homenagem a Robert Sandeman. O próprio Faraday frequentou as reuniões desde a infância; aos trinta anos, fez profissão pública de sua fé e, durante dois períodos diferentes, exerceu o cargo de ancião. Sua opinião em relação à relação entre sua ciência e sua religião está expressa em uma palestra sobre educação mental proferida em 1854 e impressa no final de suas Researches in Chemistry and Physics.

“Antes de entrar no assunto, devo fazer uma distinção que, por mais que pareça aos outros, é para mim da maior importância. Por mais elevado que o homem esteja colocado acima das criaturas ao seu redor, há uma posição mais alta e muito mais exaltada à sua vista; e os caminhos são infinitos nos quais ele ocupa seus pensamentos sobre os medos, ou esperanças, ou expectativas de uma vida futura. Acredito que a verdade desse futuro não pode ser trazida ao seu conhecimento por qualquer esforço de seus poderes mentais, por mais exaltados que sejam; que lhe é dada a conhecer por outro ensinamento que não o seu próprio, e é recebida através da simples crença no testemunho dado. Que ninguém suponha por um instante que a autoeducação que estou prestes a louvar, no que diz respeito às coisas desta vida, se estenda a quaisquer considerações da esperança que nos é proposta, como se o homem pudesse, pelo raciocínio, descobrir Deus. Seria impróprio entrar neste assunto mais a fundo aqui, exceto para reivindicar uma distinção absoluta entre crença religiosa e crença comum. Serei censurado pela fraqueza de me recusar a aplicar aquelas operações mentais que considero boas em relação às coisas elevadas, à coisa mais elevada de todas. Estou contente em suportar a censura. Contudo, mesmo em assuntos terrenos, creio que ‘as coisas invisíveis de Deus, desde a criação do mundo, se veem claramente, sendo entendidas pelas coisas que estão criadas, até o seu eterno poder e divindade’; e nunca vi nada incompatível entre aquelas coisas do homem que podem ser conhecidas pelo espírito do homem que está nele e aquelas coisas mais elevadas relativas ao seu futuro, que ele não pode conhecer por esse espírito.”

Faraday fornece a seguinte nota sobre esta palestra:—

“Estas observações foram proferidas como uma palestra perante Sua Alteza Real o Príncipe Consorte e os membros da Instituição Real em 6 de maio de 1854. Elas estão tão imediatamente conectadas em sua natureza e origem com minha própria vida experimental, considerada seja como causa ou consequência, que pensei que o encerramento deste volume não era um lugar impróprio para sua reprodução.”

Como conclui o Dr. Bence Jones—

“Seu padrão de dever era sobrenatural. Não se fundava em nenhuma ideia intuitiva de certo e errado, nem era moldado por quaisquer experiências externas de tempo e lugar, mas era formado inteiramente sobre o que ele considerava ser a revelação da vontade de Deus na palavra escrita, e ao longo de toda a sua vida, sua fé o levou a agir de acordo com a própria letra dela.”

Obras Publicadas.—Chemical Manipulation, being Instructions to Students in Chemistry (1 vol., John Murray, 1ª ed. 1827, 2ª 1830, 3ª 1842); Experimental Researches in Electricity, vols. i. e ii., Richard and John Edward Taylor, vols. i. e ii. (1844 e 1847); vol. iii. (1844); vol. iii. Richard Taylor and William Francis (1855); Experimental Researches in Chemistry and Physics, Taylor and Francis (1859); Lectures on the Chemical History of a Candle (editado por W. Crookes) (Griffin, Bohn & Co., 1861); On the Various Forces in Nature (editado por W. Crookes) (Chatto & Windus, sem data).

Fonte: Britannica (James Clerk Maxwell)