Condutores e isolantes
R. S CONTENDO DESCRIÇÕES
10.1 Carta I Senhor, 1,2,
Conforme a minha promessa, nesta [carta] faço um relato da- quilo que descobri a mais com relação à atração elétrica. Eu deveria ter feito isso mais cedo, no entanto, estava disposto a ver que outros aprimoramentos poderia fazer àqueles experimentos [após o] meu retorno a Londres, os quais foram iniciados no interior do país.
Por volta do final de agosto, estava [na casa] do Sr. Wheler. De- pois de ter repetido o experimento de fazer enxofre atrair lâminas de latão no vácuo,4 [como o] Sr. Wheler tinha uma bomba de ar
1 Tradução de Gray (1731-2d, p.397-407).
2 O texto original em inglês apresenta várias palavras iniciadas com letra maiús- cula no meio das frases, as quais optamos por grafar com letra minúscula para facilitar a leitura. Além disso, a pontuação gramatical foi alterada para facili- tar a sua compreensão.
3 Os destaques em itálico no texto são dos tradutores, assim como as palavras entre colchetes. Os colchetes [p.] indicam a página original do texto em inglês. 4 Provavelmente, Gray está se referindo ao experimento descrito no final do
Artigo 5 (ver Capítulo 9), em que alguns materiais eletrizados são colocados dentro de um recipiente, no qual se faz vácuo, para verificar a atração, nessa condição, exercida por esses materiais eletrizados sobre pequenas lâminas de latão.
muito boa de formato maior, feita pelo Sr. Hauksbee,5 suspende-
mos a partir da parte de cima de um recipiente [receiver],6 o qual foi
inicialmente esvaziado de ar, uma linha branca7 que [foi] pendu-
rada aproximadamente no meio dele. Então, o recipiente foi bem atritado, [e] a linha foi atraída vigorosamente por ele.8,9 Quando ela
5 Note que a bomba utilizada foi feita por Hauksbee. A bomba de ar que ele desenvolveu é descrita no livro Physico-mechanical experiments on various
subjects. Containing an account of several surprizing phenomena touching light and electricity, producible on the attrition of bodies (1709, p.14). A Figura 10.1
apresenta a bomba de ar de Hauksbee.
6 Boyle denominou receiver ao recipiente de vidro que era parcialmente evacuado por sua bomba de ar e dentro do qual eram conduzidos os experimentos (West, 2005, p.33). Como Gray não especifica o formato desse recipiente, o fizemos no formato cilíndrico nas ilustrações a seguir, mas poderíamos ter utilizado qualquer outro formato. O texto também não informa qual é o tipo de material do reci- piente. Supomos que seja de vidro, do tipo daqueles utilizados comumente por Gray, o que permitiria a visualização dos fenômenos ocorridos no seu interior. Esse recipiente de vidro poderia comportar-se como um isolante elétrico. 7 White thread, no original. O texto não especifica o tipo de material dessa linha,
e isso acaba gerando certa dificuldade para explicar os experimentos e fenôme- nos descritos aqui. Essa informação é importante, porque nos revelaria se ela é isolante ou condutor elétrico. Sendo assim, há duas possibilidades. 1) É possível que a linha seja de seda, portanto, isolante. No artigo Gray (1731-2b), último parágrafo da página 289, Gray utilizou uma linha de seda presa a uma cortiça para pendurar uma pequena esfera de vidro (ver capítulo anterior). Então, pode ser que a linha utilizada aqui seja do mesmo material. 2) Também é possível que se trate de uma linha de algodão ou de linho, que são materiais que se compor- tam como condutores nos experimentos de eletrostática usuais.
8 A ilustração de uma possível conformação deste experimento pode ser vista na Figura 10.2. Vamos supor que a linha seja de seda, portanto, um isolante elétrico. Nesse caso, também supomos que ela fique carregada negativamente pelo atrito com a mão de Gray, ao manuseá-la para fazer o dispositivo. Por- tanto, a linha está negativa antes de o vidro ser atritado, como ilustra a Figura 10.2a. Na medida em que o recipiente de vidro é atritado, ficando carregado positivamente, a linha é atraída para a parte atritada, como mostra a Figura 10.2b. Estamos supondo que o recipiente de vidro tenha sido atritado apenas em uma região, uma vez que é possível eletrizar, por meio de atrito, somente uma parte de um material isolante, mantendo-a carregada eletricamente por algum tempo. O texto não informa se a linha toca o recipiente quando é atraí- da por ele; entretanto, acreditamos que isso não ocorra.
9 Uma segunda hipótese para explicar o comportamento da linha encontra-se na Figura 10.3. Vamos supor que a linha seja de algodão ou de linho, portanto, um condutor elétrico para experimentos de eletrostática. Inicialmente, a linha está descarregada, como ilustra a Figura 10.3a. Na medida em que parte do re-
STEPHEN GRAY E A DESCOBERTA DOS CONDUTORES E ISOLANTES 191 estava parada e pendurada perpendicularmente, o tubo foi atritado e segurado próximo ao recipiente, [então] a linha foi atraída em di- reção àquele lado dele. Se o tubo [eletrizado] fosse removido lenta- mente, a linha retornava ao centro do recipiente, mas quando [era] movido rapidamente, a linha [p.398] era atraída pelo lado oposto do recipiente.10,11 Se a mão fosse colocada próxima ao recipiente e mo-
vida apressadamente [para longe] dele, a linha era atraída pelo lado
cipiente de vidro é atritada, ficando carregada positivamente, a linha é atraída para aquela região eletrizada, como mostra a Figura 10.3b. Estamos supondo que apenas uma parte do recipiente de vidro tenha sido atritada. Nesse caso, a atração da linha ocorreria pela indução de cargas exercida sobre ela pela parte do vidro carregada positivamente, ocasionando sua atração. Supomos, ainda, que não houve perda de cargas elétricas da linha para o tubo, a eletrização dela deve- -se apenas à indução elétrica. Na hipótese de haver perda de cargas elétricas para o tubo, com o tempo a linha descarregaria e voltaria para a posição vertical. Essa perda da eletrização poderia se dar, por exemplo, pelo ponto onde ela está presa no recipiente. Caso o recipiente se descarregue com o tempo, também a linha condutora vai perdendo as cargas induzidas nela.
10 A ilustração de uma possível conformação deste experimento pode ser vista na Figura 10.4. Uma hipótese para explicar o comportamento da linha, caso seja de seda. Supomos que o recipiente ainda esteja positivo do lado direito, isto é, na região atritada, porém com menos carga do que anteriormente. A linha ain- da estaria carregada negativamente, mas estaria na vertical, por causa da força elétrica ser pequena. Ao aproximar o tubo carregado positivamente do lado es- querdo, a linha negativa seria atraída por ele, que estaria mais eletrizado do que o lado direito do recipiente. Ao retirar o tubo devagar, a linha volta para a verti- cal. Porém, ao retirá-la com pressa, ela passaria da vertical com um movimento pendular ao cair, aproximando-se do lado direito positivo do recipiente, sendo então atraída por ele, já que agora haveria uma pequena distância entre eles. 11 Vamos agora analisar a hipótese em que linha seja de algodão ou de linho,
portanto condutora. A Figura 10.5 ilustra esta situação. Com a perda de carga da região atritada do recipiente, a força elétrica entre a linha e o vidro diminui e ela volta à posição vertical. O recipiente ainda estaria eletrizado na região atritada, porém com menos carga que anteriormente. A linha também pode- ria estar polarizada sob a ação do vidro, mas esta polarização seria menor e a força elétrica não seria suficiente para movê-la da vertical. Na medida em que o tubo eletrizado positivamente é aproximado do lado esquerdo do recipien- te, ocorre a polarização nas cargas elétricas da linha, que passa a ser atraída pelo tubo, como ilustra a Figura 10.5. Ao retirar o tubo devagar, a linha volta para a vertical. Porém, ao retirá -la com pressa, ela passaria da vertical com um movimento pendular ao cair, se aproximando do lado direito positivo do recipiente, sendo então polarizada novamente (ou seja, como mostra a Figura 10.3b) e atraída por ele, já que agora haveria uma pequena distância entre eles. Estamos supondo a eletrização da linha apenas pela indução elétrica.
oposto, como antes.12,13 Isso parecia, a princípio, difícil de explicar,
mas em consideração adicional, concluímos que isto ocorria a partir do movimento do ar feito pelo tubo, e no outro caso por aquele da mão, que tirou a atração daquele lado, mas não do outro lado. De modo que, como o Sr. Wheler muito bem expressou, por esse meio seria rompido o equilíbrio da atração.
12 Uma hipótese para esse fenômeno, no caso em que a linha é de seda. Com o fio negativo inicialmente na vertical, vamos supor que a mão aproxime-se do lado esquerdo do recipiente. Então, a linha será atraída pela mão, como ilustra a Figura 10.6. O texto não diz que a linha é atraída pela mão, diz apenas que ela é atraída pelo lado oposto do recipiente quando a mão é retirada apressadamente. Apesar disso, supomos que ela seja atraída pela mão antes de ser atraída pelo lado oposto. Na medida em que a mão fosse movida com pressa para longe do re- cipiente, a linha se movimentaria e passaria da vertical com um movi men to pendular ao cair, aproximando-se do lado direito positivo do recipiente, sen- do então atraída por ele, já que agora haveria uma pequena distância entre eles. Nesse caso, a atração pela mão ocorreria pela indução de cargas exercida sobre ela pela linha isolante carregada negativamente, de tal forma que a parte da mão próxima à linha ficaria positiva, ocasionando uma atração da linha pela mão. O fato de um corpo carregado eletricamente ser atraído por outros corpos, como o dedo, por exemplo, foi utilizado por Gray (1720-1) para descobrir novos mate- riais que se comportavam como o âmbar. Uma discussão sobre esse fenômeno pode ser encontrada em Assis (2010, p.52-3).
13 Uma hipótese para esse fenômeno, no caso em que a linha é condutora. Supo- mos que a mão que se aproxima estivesse eletrizada, já que nosso corpo não é um condutor perfeito. A mão poderia estar eletrizada, por exemplo, por ter atritado o tubo ou o recipiente de vidro. Então, a mão eletrizada ocasionaria a polarização da linha e a consequente atração, como ilustra a Figura 10.7. No entanto, o efeito de eletrização da mão, em geral, é pequeno e difícil de ser ob- servado, a não ser a distâncias muito pequenas. Em experimentos de eletros- tática, a mão consegue atrair visivelmente outro corpo apenas quando esse corpo está eletrizado. É o caso dos experimentos descritos por Gray (1720-1) e discutidos no livro Os fundamentos experimentais e históricos da eletricidade (Assis, 2010, p.52-3). Nesse caso, teríamos, então, isolantes eletrizados por atrito (ou condutores eletrizados, estando estes isolados eletricamente e não aterrados). Esses isolantes eletrizados seriam atraídos por algum condutor aterrado que se aproximasse deles (como uma mão, um pedaço de madeira ou metal segurados pela mão). Essa atração ocorreria por causa das cargas opos- tas que são induzidas no condutor pelas cargas do isolante eletrizado. Dessa forma, a hipótese de que a mão estivesse eletrizada não é tão plausível, mas é uma possibilidade.
STEPHEN GRAY E A DESCOBERTA DOS CONDUTORES E ISOLANTES 193
Figura 10.1 – Gravura da bomba de ar desenvolvida por Francis Hauksbee. Figura extraída de Hauksbee (1709).
Fizemos outro experimento, suspendendo uma linha na parte superior de um pequeno recipiente e emborcando um grande [re- cipiente] sobre ele. Então, atritando primeiro este e segurando o tubo atritado próximo a ele, a linha no meio do recipiente foi atraída para aquele lado dele onde o tubo foi colocado.14
Um experimento mostrando que a atração é comunicada através de corpos opacos bem como de transparentes, não no vácuo.
Peguei um grande sino de mão; o badalo foi inicialmente retira- do e uma cortiça [foi] suspensa por uma linha15 a partir da parte
superior do sino. A cortiça foi coberta com mel. Então, o sino foi
14 Uma ilustração da conformação desse experimento pode ser vista na Figura 10.8. 15 Thread, no original.
colocado sobre um pedaço de vidro,16 o qual tinha sido bem atri-
tado e sobre o qual as lâminas de latão foram colocadas. Em segui- da, o tubo [de vidro] foi atritado e colocado próximo ao cabo do sino, depois, perto da parte superior e da lateral do mesmo. O sino sendo retirado, havia vários pedaços de lâminas de latão aderidas ao mel da cortiça, os quais tinham sido atraídos por ela.17 Parece
também que algumas lâminas [p.399] tinham sido atraídas pelo sino, sendo removidas dos lugares que foram deixadas [antes de serem] cobertas por ele.
Recipiente Linha Recipiente Linha Região atritada
(a) Recipiente com a linha isolante carregada negativamente no seu interior.
(b) Recipiente atritado na lateral direita, com a linha no seu interior sendo atraída para a
região atritada. Figura 10.2 – Recipiente com a linha no seu interior.
Algum tempo depois, o Sr. Wheler contou-me sobre um expe- rimento que ele tinha feito no vácuo quando eu havia partido. Ele pegou um pequeno recipiente e suspendeu dentro dele uma linha. Sobre este [colocou] quatro outros recipientes, todos esvaziados [de ar]. A linha foi atraída através de todos os cinco recipientes e ele achou que a atração foi muito mais forte do que anterior- mente, quando apenas um recipiente foi utilizado.18 Mas, em vez
16 Coach-glass, no original.
17 Uma ilustração da conformação desse experimento pode ser vista na Figura 10.9. 18 O texto não nos informa o que fez com que a linha fosse atraída. No entanto,
de acordo com os experimentos anteriores, podemos supor que pode ter sido por meio da aplicação do tubo eletrizado ou pelo atrito do recipiente mais externo. Uma ilustração da conformação deste experimento pode ser vista na Figura 10.10.
STEPHEN GRAY E A DESCOBERTA DOS CONDUTORES E ISOLANTES 195 de couro úmido, ele utilizou um preenchimento [cement] que eu tinha recomendado, a saber, cera de abelha e terebentina, os quais o Sr. Boyle utilizou em seus experimentos com bomba de ar.19 E,
como eu tinha contado a ele, na minha opinião a atração seria muito mais forte, [pois] o vapor do couro úmido tirava parte da força atrativa [attracting force].20
19 A bomba de ar desenvolvida por Robert Boyle (ver Figura 10.11) era dife- rente daquela construída por Hauksbee. Boyle (1725, p.408) dividiu a sua descrição em duas partes. Primeiro, descreve o recipiente de vidro superior no qual o vácuo parcial era feito. Depois, descreve o cilindro oco junto ao pistão que compõe a parte inferior do aparelho. No fundo do recipiente de vidro tem uma torneira (que na Figura 10.11 tem a letra N). Segundo West (2005), a co- nexão entre essa torneira e o fundo do recipiente foi um desafio. O problema foi resolvido com a instalação de uma fina placa metálica em formato cônico entre a torneira e o recipiente. A fixação foi feita por meio de uma mistura de piche (pitch), resina (rosin) e cinza de madeira (wood-ashes), derramada ainda quente na cavidade da placa. Atualmente, os vidreiros conseguem fazer en- caixes no vidro para a torneira, que é o que foi feito em modernas reconstru- ções do dispositivo (West, 2005, p.35).
Já o aparelho desenvolvido por Hauksbee era montado de outra forma (ver Figura 10.1). Também podemos dividi-lo em duas partes: a superior, com- posta pelo recipiente de vidro em que se faz o vácuo parcial, e a inferior, composta pelo mecanismo responsável pela sucção do ar e o barômetro (Hauksbee, 1709, p.14). O recipiente de vidro fica apoiado sobre uma placa (que na Figura 10.1 tem a letra “i”), ele é vedado por meio de um peda- ço de couro úmido: “Sobre a placa da bomba sempre é colocado um couro úmido, sobre o qual os recipientes são colocados. Esse couro úmido impede que o ar entre nos [recipientes de] vidro, cujas bordas são bem polidas [...]” (Ibid., p.3). Tendo em vista o exposto, a sugestão de Gray para Wheler foi de substituir o couro úmido como meio de vedação pela mistura utilizada por Boyle. Lembramos que no segundo parágrafo deste texto há a infor- mação de que a bomba utilizada por eles foi construída pelo Sr. Hauksbee (ver a nota 5 deste capítulo). No entanto, Gray diz que a mistura era feita de “cera de abelha e terebentina”, que são substâncias diferentes daquelas mencionadas por Boyle (piche, resina e cinza de madeira), mas que podem ter sido citadas em outro texto.
20 Essa hipótese de Gray é bastante interessante, pois, de fato, a umidade pode atuar nos objetos eletrizados, descarregando-os.
Recipiente Linha Recipiente Linha Região Atritada
(a) Recipiente com a linha condutora neutra no seu interior.
(b) Recipiente atritado na lateral direita, com a linha no seu interior sendo atraída para a
região atritada.
Figura 10.3 – Recipiente com a linha no seu interior.
Recipiente Linha
Figura 10.4 – Recipiente com a linha isolante negativamente carregada no seu interior. Com a aproximação do tubo de vidro eletrizado, a linha é atraída em direção a ele.
Recipiente Linha
Figura 10.5 – Recipiente com a linha condutora neutra em seu interior. Com a aproximação do tubo de vidro eletrizado, a linha é atraída em direção a ele.
STEPHEN GRAY E A DESCOBERTA DOS CONDUTORES E ISOLANTES 197
Recipiente Linha
Figura 10.6 – Recipiente com a linha isolante negativamente carregada em seu interior. Com a aproximação da mão, a linha é atraída em direção a ela.
Recipiente Linha
Figura 10.7 – Recipiente com a linha condutora neutra no seu interior. Com a aproximação da mão eletrizada, a linha é atraída em direção a ela. Supomos que a mão tenha se eletrizado ao atri- tar o vidro, portanto, sua carga é negativa.
Recipientes Linha
Figura 10.8 – Recipiente menor com a linha branca em seu interior e re- cipiente maior sobre ele. Após o atrito do recipiente maior e a aproximação do tubo eletrizado, a linha movimenta-se em direção ao tubo.
Agora, farei alguns relatos dos experimentos feitos [na casa] do Sr. Godfrey. O primeiro deles foi dar atração para um garoto suspenso em linhas finas [hairlines]21 por meio [da aplicação] do
tubo [de vidro]; pela intervenção de uma linha de comunicação, a virtude atrativa passou para outro garoto que estava em pé a vários pés de distância dele. Mas, antes de continuar, pode ser apropriado dar uma descrição daquele experimento da força atra- tiva [attractive power] que é comunicada para o garoto em pé so- bre resina.22 Embora a Sociedade23 tenha visto o experimento, não
fiz para vocês qualquer descrição dele por escrito.
Sino Lâminas de Latão Cortiça com mel (a) (b) Pedaço de Vidro Pedaço de Vidro Sino
(a) Separadamente a ilustração mostra: i) o sino com a linha pendurada no seu interior e uma
cortiça no lugar do badalo; ii) pedaço de vidro com lâminas de
latão sobre ele.
(b) Sino sobre o vidro com a linha pendurada em seu interior e uma cortiça no lugar do badalo. Com a aproximação do tubo de vidro
eletrizado, algumas lâminas metálicas aderem à cortiça.
Figura 10.9 – Sino sobre o vidro com a linha pendurada em seu interior e uma cortiça no lugar do badalo.
21 Como discutido no livro Os fundamentos experimentais e históricos da eletri-
cidade, essas hairlines, ou linhas finas, eram certamente feitas de um material
isolante, provavelmente de seda (Assis, 2010, p.256-7). 22 A resina vai funcionar neste experimento como um isolante. 23 Gray refere-se aos membros da Royal Society.
STEPHEN GRAY E A DESCOBERTA DOS CONDUTORES E ISOLANTES 199 No dia 16 de junho de 1731, de manhã, fiz o experimento a seguir com o garoto, [como] mencionado, fazendo-o tornar-se atrativo ao suspendê-lo [p.400] em linhas muito finas.24 Peguei dois bolos de re-
sina branca no formato de cilindros achatados, de pouco mais de 8 polegadas [20,3 cm] de diâmetro e 2 polegadas [5 cm] de espessura. Estes foram colocados no chão do meu quarto, tão próximos entre si que o garoto podia ficar em pé com um pé em um e [com] o outro [pé] no outro bolo de resina. Então, estando as lâminas de latão coloca- das sob as mãos [do menino], [sendo] o tubo atritado e colocado pró- ximo às pernas dele, as mãos atraíram e repeliram as lâminas de latão à altura de várias polegadas.25 Ou, se as lâminas de latão fossem colo-
cadas sob uma mão e o tubo colocado próximo da outra mão, haveria uma atração comunicada para a mão mais distante. Quando o tubo foi aplicado ou nas mãos ou nos pés dele, houve uma atração dada para as suas roupas. Se um pedaço de linha branca fosse segurado por uma de suas extremidades, a outra seria atraída aproximadamente à distância de 1 pé [30 cm] pelas roupas. De forma que a atração é, em geral, tão forte, se não mais forte, do que quando o garoto estava suspenso em linhas muito finas.
Recipientes
Linha
Figura 10.10 – Recipiente menor com a linha branca em seu interior e outros quatro recipientes em seu entorno. Com a aproximação do tubo eletrizado, a linha movimenta-se em direção a ele.
24 Apesar de o parágrafo iniciar falando sobre o experimento em que um garoto é suspenso em linhas muito finas, ele não será descrito aqui.
25 Uma ilustração da conformação deste experimento pode ser vista na Figura 10.12. O texto não menciona onde as lâminas metálicas estavam apoiadas; sendo assim, supomos que estejam sobre algum suporte.