Calor como movimento

Durante o século XVII, particularmente duas teorias vão sendo construídas e consolidadas: calor como fluido e calor como movimento. Por isso não é correto afirmar que nos fins do século XVIII toda a comunidade científica era partidária da teoria do calor como um fluido. Também não é correto afirmar que a concepção do

calor como movimento tenha sido introduzida por Rumford. Desde a antiguidade, conhecia-se o fato do atrito produzir calor. (CASTRO, 1993).

Embora os experimentos e argumentos propostos por Rumford fortalecessem a teoria dinâmica do calor, estes não foram suficientes para por fim à teoria do calórico. Os caloristas também atacavam os mecanicistas, uma vez que estes, por exemplo, também não explicavam como o calor se propagava no vácuo. Apesar de não haver uma unanimidade quanto aos fatores primordiais que levaram ao declínio da teoria do calórico, os historiadores da ciência propõem como fator de grande importância o advento da conservação da energia, substituindo a conservação do calórico. Outro marco pode ter sido o cálculo do equivalente mecânico do calor realizado por Mayer e Joule. (ROLLER, 1950; LAIDLER, 1993; GOMES, 1992).

[...] o resultado na década de 1820 não foi uma virada brusca para nossa teoria moderna vibracional, mas um período de agnosticismo largamente reconhecido no que diz respeito à natureza do calor, um período que se prolongou até a teoria do calórico ser finalmente abandonada por volta de 1850. Em virtude desse agnosticismo, não é de se surpreender que a teoria do calórico não foi um alvo fácil para os conservacionistas da energia; no meio do século ainda era tecnicamente a teoria prevalecente do calor, embora convencesse muito pouco. (FOX apud GOMES, 2012, p. 1063). As teorias mecanicistas caminharam paralelamente às teorias substancialistas de calor e também foram cruciais para o desenvolvimento desse conceito. A teoria mecanicista considerava a matéria como algo particular e o calor como sendo uma troca de movimento entre essas partículas. (ASTOLFI, 2008).

Aristóteles (384-_{322 a.C.) via o calor como “um elemento oculto formado por} partes em movimento perpétuo”. Tanto na obra de Platão como na de Aristóteles, há menções de que o movimento produz calor. Vários séculos depois, Roger Bacon (1214-1294) propõe que a causa do calor é o movimento interno dos corpos. Já Kepler (1571-1630) propõe teorias a favor do conceito do calor-movimento, pois, em sua opinião, havia no calor uma qualidade, uma propriedade e um efeito como o da luz, já que em ambos havia algo de material. Descartes (1596-1650) propôs também o calor como agitação de pequenas partes dos corpos. (SCHURMANN, 1946).

No século XVII, Isaac Newton (1642-1727) se declarou como um defensor do calor-movimento, declarando que o calor era resultado da vibração de um éter. Ele argumentava sobre a produção de calor quando se atritam dois corpos. Newton afirmou que o calor consistia num minúsculo movimento de vibração das partículas.

Para os defensores da teoria do calórico isso seria explicado pensando-se o calórico contido nos corpos como se fosse algo sendo espremido para fora, de forma análoga quando se espreme uma laranja. (PEREIRA; CARDOZO, 2005).

Em uma publicação conjunta de Lavoisier e Laplace (1748-1827), eles tentaram conciliar as duas teorias, o calórico e o movimento das partículas, afirmando que ambas as teorias poderiam explicar a natureza do calor. Contudo, Lavoisier fez medidas precisas de massas durante a combustão e verificou que a massa era constante, o que contestava de certa forma a materialidade do calor. (SHURMANN, 1946; BASSALO, 1992).

Castro (1993) apresenta as proposições de Lavoisier e Laplace:

Os físicos não estão de acordo quanto à natureza do calor. Uns consideram o calor como um fluido que penetra em toda a matéria e que, conforme sua temperatura e características particulares, obriga os corpos a conservá-lo. O calor pode se combinar com os corpos e parar de influenciar o termômetro; pode também se propagar de um corpo a outro – é o estado de calor livre. Outros físicos consideram o calor somente como o resultado de movimentos invisíveis das moléculas da matéria. Os espaços vazios entre moléculas lhes permitem vibrar em todos os sentidos. Este movimento invisível é o calor. Com bases no princípio da conservação da força viva pode-se exprimir esta definição: o calor é a força viva, quer dizer, a soma dos produtos da massa de cada molécula pelo quadrado da velocidade. (LAVOISIER; LAPLACE apud CASTRO, 1993, p. 27).

Os dois cientistas não se posicionavam em favor de nenhuma das duas hipóteses e explicavam alguns fenômenos pela teoria substancialista e outros e outros pela mecanicista. Assim sendo, terminavam por dizer que talvez ambas as teorias estivessem corretas. (CASTRO, 1993).

Bassalo (1992) apresenta outro trecho dessa publicação:

Os físicos estão divididos quanto à natureza do calor; uns pensam que se trata de um fluido [...] que penetra mais ou menos nos corpos conforme a sua temperatura e a sua disposição [...] outros pensam que o calor não é mais do que o resultado dos movimentos insensíveis das moléculas da matéria [...] não escolheremos entre as duas hipóteses precedentes [...] talvez ambas se verifiquem. (LAVOISIER; LAPLACE apud BASSALO, 1992, p. 31).

Bassalo (1992) defende ainda que Lavoisier inclinou-se mais pela hipótese "corpuscular" do calor, pois admitia a existência de um fluido que, dependendo de sua quantidade, formava um dos três estados da matéria. Essa "partícula" foi por ele denominada de calórico. Black era também partidário da teoria de que o calor era

um fluido imponderável e indestrutível. Laplace também aceitava a hipótese do calórico. No entanto, admitia a existência de forças intermoleculares para explicar suas propriedades.

Pouco depois, o Conde de Rumford propôs alguns experimentos sobre a natureza dinâmica do calor, sua contribuição mais famosa para a ciência. Embora tenha sido adepto das teorias substancialistas para o calor e contribuído para o desenvolvimento da teoria do calórico, suas observações experimentais contribuíram para a queda dessa teoria. (GOMES, 2012).

Enquanto atuava como engenheiro militar na construção e aperfeiçoamento das armas de fogo, Conde de Rumford observou que, ao perfurar um cano de canhão, este se aquecia. Ele atribuiu esse fato à limalha solta durante a perfuração, que liberaria o calórico. Contudo, entrou no debate sobre a existência do calórico em um dos seus pontos mais frágeis: o peso dessa substância. Muitos experimentos até então confirmavam a alteração de peso nos corpos quando estes eram aquecidos ou resfriados. Outros não mostravam nenhuma modificação. Dúvidas pairavam sobre a qualidade das medidas efetuadas. Conde de Rumford procurou refazer experimentos e apresenta ao longo de todo seu artigo todos os cuidados para obter resultados precisos. Após a realização de diversos _{experimentos, afirmou “que} podemos concluir com segurança que todas as tentativas para descobrir qualquer efeito do calor sobre o peso aparente dos corpos serão infrutíferas”. (THOMPSON apud GOMES, 2012, p. 1057).

Gomes (2012) defende que o fato de a variação da temperatura não alterar o peso do corpo não é um argumento contundente para a derrubada da teoria do calórico, uma vez que muitos cientistas e filósofos do século XVIII acreditavam que o calórico, assim como a luz, a eletricidade e o magnetismo, era um fluido imponderável, não sujeito à ação gravitacional como a matéria comum.

O fato de o calor poder ser produzido por atrito sempre foi conhecido desde os tempos mais remotos. A grande contribuição de Rumford foi perceber que uma grande quantidade de calor era produzida mesmo quando a broca estava cega e não conseguia perfurar o cano e, portanto, não produzia limalha. Mesmo assim, o sistema continuava aquecendo e produzindo uma quantidade enorme de calor. (ROLLER, 1950; PEREIRA; CARDOZO, 2005; GOMES, 2012). Portanto, não era o

calórico que estava sendo liberado da limalha na forma de “calor latente” durante a abrasão.

Os resultados de Rumford foram praticamente ignorados até depois da sua morte. Na metade do século XIX, Julius Mayer (1814-1878) sugeriu que calor e trabalho fossem equivalentes e poderiam se transformar um no outro. Em 1842 Mayer, relata que, ao sacudir um frasco com água, conseguia elevar sua temperatura de 12 para 13 °C e ainda constatava o aumento de volume do líquido. Pergunta-se então: "De onde veio esse calor que pode ser obtido quantas vezes se

queira?" Então se conclui: "É a hipótese vibratória do calor". (SCHURMANN, 1946,

p. 188-189). James Joule (1818-1889) fez medidas do “calor equivalente ao trabalho”, o que contribuiu para derrubar a teoria do calórico, ao mesmo tempo em que lançou o conceito de que o trabalho mecânico é o verdadeiro responsável pelo aparecimento do calor no ato de furar os canhões. (PEREIRA; CARDOZO, 2005; SILVA; 1995).

No final do século XIX, a teoria mecânica do calor ganhou novo impulso com os trabalhos de Maxwell (1831-1879) sobre a distribuição de velocidade das moléculas de um gás, e de Boltzmann (1844-1906), sobre a introdução da teoria das probabilidades. Além disso, Clausius (1822-1988) introduziu o conceito de entropia no estudo da teoria cinética dos gases. (SOUZA, 2007).

As proposições de calor como movimento também foram muito importantes para a construção desse conceito. Até os dias atuais elas estão presentes como um dos significados para o conceito de calor e podem ser observadas quando nos referimos à temperatura como energia interna de um corpo ou vibração das partículas que o constituem.