18.0: Prelúdio da carga elétrica e do campo elétrico

A imagem do político e cientista americano Benjamin Franklin (1706—1790) empinando pipa em uma tempestade é familiar para todos os alunos. (Figura\(\PageIndex{1}\)) Neste experimento, Franklin demonstrou uma conexão entre raios e eletricidade estática. Faíscas foram retiradas de uma chave pendurada em uma corda de pipa durante uma tempestade elétrica. Essas faíscas eram como as produzidas pela eletricidade estática, como a faísca que salta do seu dedo para uma maçaneta de metal depois que você atravessa um tapete de lã. O que Franklin demonstrou em seu perigoso experimento foi uma conexão entre fenômenos em duas escalas diferentes: uma, o grande poder de uma tempestade elétrica, a outra, um efeito de proporções mais humanas. Conexões como essa revelam a unidade subjacente das leis da natureza, um aspecto que nós, humanos, consideramos particularmente atraente.

Figura\(\PageIndex{1}\): A eletricidade estática desta lâmina de plástico faz com que o cabelo da criança fique em pé. O movimento de deslizamento retirou elétrons do corpo da criança, deixando um excesso de cargas positivas, que se repelem ao longo de cada fio de cabelo. (crédito: Ken Bosma/Wikimedia Commons)

Figura\(\PageIndex{2}\): Quando Benjamin Franklin demonstrou que o raio estava relacionado à eletricidade estática, ele fez uma conexão que agora faz parte da evidência de que todas as forças diretamente experimentadas, exceto a força gravitacional, são manifestações da força eletromagnética.

Muito foi escrito sobre Franklin. Seus experimentos foram apenas parte da vida de um homem que foi cientista, inventor, revolucionário, estadista e escritor. Os experimentos de Franklin não foram realizados isoladamente, nem foram os únicos a revelar conexões.

Por exemplo, o cientista italiano Luigi Galvani (1737—1798) realizou uma série de experimentos nos quais a eletricidade estática foi usada para estimular as contrações dos músculos das pernas de sapos mortos, um efeito já conhecido em humanos submetidos a descargas estáticas. Mas Galvani também descobriu que se ele juntasse dois fios de metal (por exemplo, cobre e zinco) de ponta a ponta e tocasse as outras pontas nos músculos, ele produzia o mesmo efeito em sapos que a descarga estática. Alessandro Volta (1745—1827), parcialmente inspirado pelo trabalho de Galvani, experimentou várias combinações de metais e desenvolveu a bateria.

Durante a mesma época, outros cientistas progrediram na descoberta de conexões fundamentais. A tabela periódica foi desenvolvida à medida que as propriedades sistemáticas dos elementos foram descobertas. Isso influenciou o desenvolvimento e o refinamento do conceito de átomos como base da matéria. Essas descrições submicroscópicas da matéria também ajudam a explicar muito mais.

As interações atômicas e moleculares, como as forças de atrito, coesão e adesão, agora são conhecidas como manifestações da força eletromagnética. A eletricidade estática é apenas um aspecto da força eletromagnética, que também inclui eletricidade móvel e magnetismo.

Todas as forças macroscópicas que experimentamos diretamente, como as sensações de toque e a tensão em uma corda, são devidas à força eletromagnética, uma das quatro forças fundamentais da natureza. A força gravitacional, outra força fundamental, é realmente detectada por meio da interação eletromagnética de moléculas, como entre aquelas em nossos pés e aquelas no topo de uma balança de banheiro. (As outras duas forças fundamentais, a força nuclear forte e a força nuclear fraca, não podem ser sentidas na escala humana.)

Este capítulo inicia o estudo dos fenômenos eletromagnéticos em um nível fundamental. Os próximos capítulos abordarão eletricidade estática, eletricidade móvel e magnetismo, conhecidos coletivamente como eletromagnetismo. Neste capítulo, começamos com o estudo dos fenômenos elétricos devido a cargas que são pelo menos temporariamente estacionárias, chamadas eletrostáticas ou eletricidade estática.

Glossário

eletricidade estática

um acúmulo de carga elétrica na superfície de um objeto

força eletromagnética

uma das quatro forças fundamentais da natureza; a força eletromagnética consiste em eletricidade estática, eletricidade móvel e magnetismo