BREVE HISTÓRICO DA EVOLUÇÃO DA TEORIA CINÉTICA DOS GASES ANTES DE MAXWELL

Diversas foram às contribuições para que chegássemos a atual ideia a respeito da teoria cinética dos gases. O que conhecemos atualmente teve início com as primeiras ideias de Bernouilli sobre a natureza dos fluídos elásticos até o auge da visão atomística da natureza, datada do último terço do século XIX.

As primeiras avaliações quantitativas das propriedades de um corpo foram, possivelmente baseadas na constituição molecular que foi descrita pr J. Hermann. Este autor afirmou que “o calor em corpos de composição análoga estão na razão composta da densidade do corpo quente e o quadrado da agitação de suas partículas”. O calor mencionado por ele é o que chamamos de pressão e a agitação das partículas, bem como também fez menção a velocidade média das moléculas do corpo. A relação tirada de tal proposição nós demonstra a proporcionalidade direta entre a pressão, a densidade e o quadrado da velocidade média das partículas do gás, sendo então a primeira ideia aceita no que diz respeito a uma distribuição de velocidade. Desta maneira, Hermann foi o primeiro a criar uma teoria cinética que continha alguns traços de estatística. Porém, sua teoria foi pouco valorizada, e o que se diz é que as primeiras ideias válidas a cerca da teoria cinética dos gases foram advindas de Leonhard Euler e Daniel Bernouilli.

Para Euler, o ar poderia ser explicado a partir da teoria dos turbilhões de Descartes, desta maneira, fez suposições a respeito das partículas que formam o ar, dentre elas dizia que as partículas consistiam em esferas em rotação compostas por éter, com o seu redor recoberto por uma camada de água. Já para a pressão, dizia que se tratava de uma consequência da força centrípeta associada à rotação. Por sua vez, ainda dizia que a umidade é uma relação entre a camada de água externa e a substância do ar intermediária. Também em seu estudo, supôs o conceito de velocidade linear associada ao movimento de rotação, afirmando que seria o mesmo para todas as moléculas.

Daniel Bernouilli teve uma influência totalmente diferente na contribuição da teoria cinética, suas ideias a respeito da constituição molecular resultariam ainda de forma evidente no trabalho do próprio Maxwell. Sua contribuição foi dada através do estudo do comportamento dos fluídos em recipientes fechados no que diz respeito às expansões e compressões sofridas pelo fluído. Para Bernouilli, em um recipiente fechado o peso aplicado no êmbolo deveria variar com o quadrado da velocidade das partículas, pois, ao se aumentar a velocidade, o número de impactos e a intensidade de cada um deles aumentariam igualmente. O raciocínio ainda permitiu concluir que o aumento da pressão com a temperatura era proporcional à densidade, esta última afirmação é conhecida como Lei de Amontons.

Posteriormente a ideia de Bernouilli, o russo Lomonosov, escreveu a cerca das energias de translação, rotação e de vibração das moléculas e estudou sobre o efeito que as colisões teriam sobre as energias. Boscovich, influente jesuíta, considerava as moléculas como questões matemáticas e calculava a existência de complexas forças intermoleculares que eram repulsivas ou atrativas dependendo da distância entre as partículas. O problema de sua ideia era o fato de suas considerações serem confusas, e desta maneira, a possibilidade dos modelos moleculares produzirem resultados quantitativos era totalmente nula. Mesmo assim, ao contrário dos seus contemporâneos foi o primeiro a afirmar, que a natureza dos átomos que forma os sólidos e líquidos era a mesma que a dos que formam os gases, além de ter tido a intenção de estabelecer uma teoria unificada dos fenômenos físicos, que mais tarde influenciaria os cientistas do século XIX como Faraday e Lord Kelvin.

Mais tarde, o professor inglês John Herapath, publicou um trabalho intitulado “Acerca das propriedades físicas dos gases”, no qual tinha as ideias semelhantes às de Bernouilli, no que diz respeito à obtenção das leis dos gases ideais. Herapath identificou o calor como sendo o movimento interno das moléculas, porém equivocou-se quando definiu a temperatura como sendo proporcional à velocidade das partículas ao invés de sua energia cinética. Apesar disso, foi o primeiro que demostrou que uma teoria cinética era capaz de proporcionar explicações claras sobre os fenômenos tais como mudanças de estado, difusão ou propagação do som.

Sua ideia foi posta de lado, sendo julgada como imprópria por seu caráter teórico, não conseguindo influenciar os contemporâneos, com exceção de Joule, que ao começar a publicar seus trabalhos, confessou ter sido influenciado pelas ideias do Herapath. Ideias essas que eram essencialmente as mesmas que Bernouilli havia desenvolvido um século antes sem encontrar nenhuma oposição.

Partindo desse fato, perguntou-se por que somente quando Herapath tentou publicar tais ideias, as mesmas não foram aceitas pela comunidade cientifica da época. A resposta para tal questionamento levou em conta o fato da teoria de Bernouilli ou Euler terem mostrado a público, perspectivas mais amplas a cerca do assunto. Bernouilli enunciou a equação que hoje tem seu nome, uma das primeiras a tratar do princípio da conservação de energia além dos resultados sobre a mecânica dos fluidos terem sido incorporados imediatamente ao conhecimento científico e passarem ao domínio comum da tecnologia da época, enquanto suas ideias a cerca do conceito de calor terem sido esquecidas.

O problema de Herapath foi ter redescoberto tais ideias um pouco rápido demais, sendo impossível que a comunidade cientifica as adotasse enquanto a teoria do calórico permanecesse em vigor. No entanto, no começo do século XIX o cenário sofreu uma mudança em relação às propostas de Bernouilli e a hipótese de que o calor não é outra coisa, a não ser o movimento microscópico, já não era apenas mais uma especulação, tratava-se de uma teoria alternativa que procurava espaço pra se impor e derrubar as ideias estabelecidas. Esse momento foi fundamental para que uma nova teoria cinético-molecular pela qual Herapath havia lutado, ela era agora respeitada pela comunidade cientifica da época.

Não foi somente Herapath que enfrentou a ciência oficial, o escocês James Prescott Joule era tido como um completo estranho perante a comunidade cientifica, porém encontrou apoio de Willian Thompson, conhecido como Lord Kelvin. Desta forma, conseguiu publicar trabalhos sobre a natureza do calor empregando modelos microscópicos que lembravam os de Euler. Herapath o induziu a adotar a hipótese de que o movimento de translação era o único presente nos gases. Concluiu que a temperatura do gás era proporcional ao quadrado da velocidade e também das partículas, o que se denominou