Resenha 10º Episódio da Série Cosmos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS

MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA - MNPEF

Considerações sobre o 10º Episódio da 1ª temporada da Série Cosmos (2014) - The Electric Boy

LUIZ FERNANDO DE OLIVEIRA REIS

THAYNARA CARVALHO DE FARIA MARQUES

Trabalho apresentado como parte do processo avaliativo da disciplina Eletromagnetismo, ministrada pelo Professor Dr. Thiago Carvalho Martins.

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2018

Resumo do 10º Episódio da 1ª temporada da Série Cosmos (2014) – O Rapaz Elétrico (The Electric Boy)

O décimo episódio da série trata da biografia de um dos grandes nomes da Física que deu grandes contribuições ao estudo do Eletromagnetismo: Michael Faraday.

Primeiramente é abordada a infância pobre de Faraday, que abandonou a escola ainda quando criança por ser incompreendido e bastante repreendido por sua professora devido ao uma dificuldade na dicção de palavras.

Desta forma, Faraday teve de começar a trabalhar muito cedo. Aos 13 anos conseguiu um trabalho de encadernador de livros, ofício que deu a ele a oportunidade de acesso ao conteúdo de diversos títulos que jamais teria acesso considerando a condição social em que se encontrava.

Nesta época o cientista Humphry Davy promovia uma espécie de espetáculo sobre ciências e Faraday assistiu e tomou nota de toda a apresentação. Posteriormente, transcreveu e encaminhou a Davy como mostra de seu empenho e interesse pelo assunto.

Coincidiu de, algum tempo depois, Davy sofrer um acidente, durante um experimento, que afetou-lhe temporariamente a visão. Nesse momento o cientista lembrou-se do jovem que transcreveu sua palestra e decidiu convidá-lo a trabalhar como seu secretário durante sua recuperação. De secretário, Faraday passa a assistente Humphry que lhe concede ainda um quarto para morar no próprio instituto onde trabalhava.

Como assistente de Humphry Davy, Faraday chegou a acompanhar o trabalho deste com o químico William Hyde Wollaston, na tentativa frustrada de aprimorar o experimento de Öersted.

Faraday, no entanto, tendo como base a observação do experimento mencionado, elaborou um novo experimento onde transformou corrente elétrica em movimento mecânico contínuo, criando assim o primeiro motor elétrico.

Segundo retratado no episódio, Davy, incomodado com o sucesso repentino de Faraday, devido a esta importante descoberta, e a fim de estagnar o trabalho do mesmo quanto a eletromagnetismo, solicitou que Faraday voltasse os seus estudos para a tentativa de desenvolver um vidro óptico com propriedades idênticas as produzidas pelos britânicos, pois estes, sendo reconhecidos como os melhores fabricantes de tal material, obviamente não difundiam os detalhes de produção.

Após quatro anos sem lograr êxito nessa missão e conseguinte morte de Davy, Faraday foi nomeado diretor do Royal Instituto. Tendo sido, durante sua atuação, pioneiro na divulgação científica para jovens, com a criação de um evento de palestras anuais sobre ciências. Tais palestras são promovidas por esta instituição até os dias atuais.

Faraday também retornou ao seu trabalho acerca de eletromagnetismo, desta vez conseguindo converter movimento em eletricidade e criando o primeiro gerador elétrico.

Nesta fase, todavia, ele teve que lidar com problemas sérios de falta de memória que causou-lhe também uma forte depressão.

Não obstante a melancolia e falhas na memória, a capacidade de Faraday de observar a natureza e propor teorias sobre seu funcionamento ainda era surpreendente, em seus estudos a respeito do imã, a fim de explicar como ocorria a atração e repulsão magnética, ele considerou que o espaço ao redor do imã seria dotado de linhas invisíveis de força, formulando assim o conceito de campo magnético.

Ao pulverizar limalhas de ferro em torno de um imã, estas são atraídas e formam desenhos que obedecem a um certo padrão. Até então este efeito, apesar de conhecido, não tinha explicação física. Faraday supôs que poderia ser uma forma de se visualizar as linhas de força do campo magnético. Considerando isto, concebeu ainda uma adaptação deste experimento com um eletroímã, onde verificou que também nesse caso as limalhas de ferro formavam desenhos padronizados, desta forma, concluiu que seriam representações de linhas de força eletromagnética.

A despeito de suas ricas contribuições à Ciência, em seus anos finais de vida, Faraday chegou a ser desacreditado em meio à comunidade científica devido seu trabalho ser basicamente experimental e não contar com formulações matemáticas que ratificassem suas teorias.

Até que seus trabalhos chamaram atenção de um, então, jovem físico teórico, Maxwell, que compilou, aprimorou e comprovou matematicamente as teorias de Faraday em seu trabalho intitulado "Sobre as Linhas de Força de Faraday".

Em tal trabalho Maxwell apresentou uma nova observação quanto as linhas de força, comprovando que as mesmas não eram estáticas, como sugeria Faraday.

Por fim, fica claro que Faraday deu uma enorme contribuição para o desenvolvimento da Física e suas descobertas foram fundamentais para hoje tivéssemos acesso a tantas aplicações tecnológicas que tem por base o eletromagnetismo.

A Equação de Onda Eletromagnética

            Como não existirem cargas elétrica e correntes no vácuo, as equações de Maxwell assumem a seguinte forma;          

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Tomando o rotacional do lado esquerdo da equação de Faraday teremos,

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pois, o divergente de E é nulo no caso do vácuo. Por outro lado, temos que;

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Podemos proceder de forma análoga ao caso anterior e aplicar o operador rotacional em ambos os lados da lei de Ampère. No caso do lado esquerdo obtemos,

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e para o lado direito da equação teremos,

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Os resultados obtidos, tanto para a lei de Faraday quanto para a lei de Ampère, conduzem as equações:

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            Estas equações são conhecidas como as equações de propagação das ondas eletromagnéticas.

Campo elétrico

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  Campo magnético

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Supondo que é possível estabelecer campos elétricos e magnéticos que satisfaçam as condições: campo elétrico uniforme que tenha apenas uma componente na direção y e campo magnético uniforme apontando na direção z. Ou seja, E(x,t) e B(x,t), dependentes do tempo e de uma coordenada. Com isto deve-se estudar o comportamento da velocidade de uma onda eletromagnética.