O conceito de energia é ainda hoje um assunto problemático. Há diversas definições de energia mas não há unanimidade na definição do conceito.
Como vimos antes, a energia é definida:
-como substância (Fermi 1937; Hund 1956; Ostwald 1908);
-como capacidade de realizar trabalho (Maxwell 1872; Voigt 1903; Westphal 1979; Breithaupt 1999; Tipler 2000);
-entendida como algo transferível (Lodge 1879; Keller, Gettys e Skove 1993; Breithaupt em 1999; Tipler 2000; Çengel e Boles 2002; Borgnakke e Sonntag 20099;
- como um princípio matemático (Feynman 1966);
- como uma equivalência (Voigt 1903; Preston 1919; Muller e Pouillet 1926; Allen e Maxwell 1962);
- como uma propriedade da matéria (Klein e Nellis 2012).
Também nos textos de física, a energia libertada transforma-se em outra forma de energia, o calor ou o trabalho (Wolf 1949; Hund 1956; Allen e Maxwell 1962; Beithaupt 1999; Çengel e Boles 2002).
Mas para definir o conceito torna-se necessário individualizá-lo. Torna-se necessário entender a sua evolução histórica.
Energia significa etimologicamente actividade. Apesar de uma diversidade do uso do termo energia, ele foi pela primeira vez definido no contexto da temática calor e movimento por Thomson em 1851.
A historiografia das ciências atribui a descoberta da conservação da energia a Mayer, Joule, Helmholtz e Colding em meados do século XIX.
Elkana atribui a Helmholtz a descoberta da conservação da energia em termos matemáticos. Mas é Mayer quem tem a ideia a partir de uma observação clínica.
Podemos verificar que a atribuição da descoberta da conservação da energia a Mayer ou a Helmholtz faz variar o sentido de energia. Para Mayer, a energia é uma equivalência
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entre grandezas. Helmholtz concebe a energia como uma entidade abstracta, uma teoria matemática.
Tal como já referido, a energia é definida como substância, capacidade de realizar trabalho, transferência, equivalência, metáfora, etc. Mesmo nos casos em que a energia é definida como uma equivalência, há uma distinção entre calor, trabalho e energia. Este facto prende-se com a dificuldade em definir estes conceitos.
A dificuldade em definir o conceito de energia tem sido objecto de discussão entre os físicos e muitos historiadores da ciência. Se não há unanimidade na definição do conceito, não é possível ensiná-lo devidamente. Isto tem-se traduzido em inúmeros mal-entendidos sobre a energia.
Têm-se desenvolvido métodos de ensino para evitar os mal-entendidos sobre a energia: Solomon (1985), Prideaux (1995), Trumper (1990, 1991, 1997), Rizaki; Kokkotas (2009), Papadouris; Constantinou (2010), Besson; Ambrosis (2013).
Lancor (2012) chama a atenção para o facto de conceitos complexos como o da energia serem explicados por metáforas diversas que clarificam aspectos do conceito obscurecendo outros. E que os diferentes mal-entendidos sobre a energia são agora compreendidos como metáforas da energia. Mas a autora negligencia a evolução histórica do conceito e como vimos o conceito de energia emergiu duma observação clínica em 1840.
O novo paradigma ou modelo de ensino da energia deve incluir uma análise histórica e filosófica, analítica, cultural, da energia de acordo com o novo contexto em questão.
Importa distinguir o conceito de energia da essência da energia. Por hipótese, a essência da energia é incognoscível e o conceito de energia é um objecto ideal, um objecto teoria-experiência. Há diversos modelos teoria-experiência como é o caso da conservação da energia.
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Cap. II. Robert Mayer
Julius Robert Mayer (1814-78) nasceu em 25 de Novembro de 1814 em Heilbronn, Wurttemberg, agora Alemanha; morreu na sua cidade natal, Heilbronn, a 20 de Março de 1878.
O pai, Christian Jakob Mayer, era proprietário de uma próspera farmácia em Heilbronn e casou com Katharina Elisabeth Heermann, filha de um encadernador de Heilbronn.
Robert era o mais novo de 3 filhos do casal; tendo os filhos mais velhos seguido a profissão do pai.
Mayer desde cedo interessou-se por mecanismos mecânicos. O seu hobby preferido era manipular experiências físicas e químicas.
Mayer estudou em Heilbronn no Ginásio clássico até 1829, transferindo-se depois para o Seminário Teológico Evangélico em Schontal. Embora fosse um estudante mediocre, passou o Abitur em 1832. Após o que frequentou a Faculdade de Medicina da Universidade de Tubingen. Em Fevereiro de 1837 foi preso e expulso da universidade por participar numa sociedade secreta estudantil. Em 1838 passou o exame de estado de Medicina com distinção.
No inverno de 1839-40 visitou Paris e de Fevereiro de de 1840 a Fevereiro de 1841 serviu como médico a bordo um navio mercante holandês em viagem para as Indias Orientais. Uma vez em Jakarta, Java, Mayer realizou diversas observações fisiológicas que lhe deram a ideia de que a manutenção da temperatura do corpo requer que qualquer coisa seja gasta.
Mayer voltou à sua terra natal, Heilbronn, e aí se dedicou a uma carreira médica bem sucedida. Mas a sua paixão começou a ser a física.
Casou em 1842 com Wilhelmina Regine Caroline Closs, de quem teve 7 filhos, 5 dos quais morreram cedo.
Obcecado pela ideia de transformabiliade entre calor e movimento elaborou vários artigos científicos.
Em 1842, Justus von Liebig, publicou-lhe nos seus Annalen der Chimie und
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iniciativa própria, em 1845, “O movimento orgânico em conexão com o metabolismo”, em 1848, “Contributos à dinâmica celeste, em exposição popular”e em 1851, “Observações sobre o equivalente mecânico do calor”.
Mayer manteve uma posição conservadora durante a revolução de 1848 o que lhe custou uma curta prisão pelos insurretos e um desentendimento com o seu irmão Fritz. Deprimido por estes acontecimentos e pela falta de reconhecimento dos seus trabalhos, tentou suicidar-se em Maio de 1850. Durante o início dos anos 50, vários ataques de insanidade obrigaram a vários internamentos em Goppingen, Konnenburg e Winnenthal. Só depois de 1860, Mayer começou a ser internacionalmente reconhecido. Só tarde em 1871 recebeu a Royal Society`s Copley Medal.
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II.1. A observação clínica de Mayer à luz da ciência da época e da ciência