Telégrafos eletrostáticos (estudo de caso)

RKA8JV - Tales de Mileto é considerado o primeiro filósofo grego que procurava explicações aos fenômenos naturais que observava. Uma das primeiras observações foi feita quando ele pegou um tipo de pedra, o âmbar, que é uma resina fóssil, e observou que quando atritado ao pelo de certos animais exibia uma propriedade peculiar. O âmbar adquiria uma força invisível que atraía pequenas fibras, e ele deduziu que esta atração seria um tipo de força magnética, que ele observava em pedras chamadas magnetitas, que são imãs naturais. Muitos pensadores depois dele verificaram que o contato ou fricção de outros objetos com o pelo criava certo desequilíbrio, como se algo tivesse sido retirado do pelo e transferido para esses objetos. Não foi verificado apenas uma força atrativa, como também uma repulsiva. Ainda por cima, tinha uma característica de produzir choques, e era nesse instante que ocorria uma descarga e a força desaparecia. Diante disso, concluíram que o choque revertia o desequilíbrio causado pelo atrito. Durante toda a história da humanidade somos fascinados pelos raios, um fenômeno onde a natureza mostra a sua força e agressividade. Muitas culturas presumiram que esses fenômenos tinham causas divinas, fora do alcance humano, reservado apenas para os deuses. Até o século XVII, atribuímos a esse fenômeno como uma variedade de forças invisíveis, intangíveis e até imponderáveis. Foi quando Benjamin Franklin, em 1752, provou haver uma conexão entre os raios e os pequenos choques provocados pelo atrito. Na sua mais famosa e perigosa experiência, na qual levou até seu filho, ele empinou uma pipa durante uma tempestade, e, no barbante molhado, amarrou uma chave de ferro. Após algum tempo ele aproximou sua mão e sentiu uma série de pequenos choques que eram idênticos aos choques criados pelos objetos atritados com o pelo. Deduziu, então, que os raios eram da mesma natureza das faíscas criadas ao descarregar um objeto eletrizado por atrito, apenas em uma escala muito maior. A partir desse momento os materiais eram divididos em duas categorias. Uma, onde objetos permitiam a descarga elétrica, assim como o ouro, o cobre, e foram chamados de condutores elétricos. É interessante notar que esses mesmos materiais também propagavam muito bem o calor. Uma segunda categoria, onde os objetos não permitiam a descarga elétrica, como a borracha, foram chamados de isolantes elétricos. Esses materiais também eram caracterizados por não conduzir bem o calor. Deu-se então a tentativa de medir essa força, que Tales tinha percebido há mais de 2.000 anos. Uma maneira utilizada era através de uma bola pequena de cortiça suspensa através de um pequeno fio isolante. Quando atritava-se um objeto isolante no pelo do animal, por exemplo, a levava-se esse objeto para as proximidades da bola de cortiça, esta a atraía, causando uma deflexão no fio. Caso aumentasse o número de objetos, percebíamos que a força se tornava cada vez maior. Também, a forma do isolante fazia diferença. Isolantes finos e largos aparentavam exercer uma força muito maior. Era impressionante que um condutor como um fio de cobre podia transmitir o efeito da atração à distância. Isso pode ser demonstrado através de um longo fio entre a bola de cortiça e o isolante carregado. Quando o objeto se aproxima do fio, o efeito da atração transmitida pelo fio quase que instantaneamente. Depois, ao tocar o fio com o dedo, a descarga ocorre, e a atração para, e a bola é solta. Imediatamente, as pessoas começaram a especular se este seria o futuro no telégrafo ótico. Em 1774, o inventor francês Georges-Louis Le Sage foi o primeiro a registrar essa ideia. Ele transmitiu uma mensagem através de uma malha de 26 fios, cada um representando uma letra do alfabeto. Quando ocorria a descarga em um terminal, a bola correspondente se mexia do outro. O problema com esse tipo de telégrafo é que funcionava apenas a uma distância mínima entre os dois cômodos de sua casa. O poder causado pela deflexão era muito pequeno, na verdade, e difícil de se trabalhar com ele. Nesse período, outros investigavam técnicas para aumentar as diferenças entre as cargas no intuito de tornar as forças envolvidas ainda maiores. Um aperfeiçoamento introduzido e popularizado por Alessandro Volta, um ano depois, foi uma maneira simples de gerar descargas de acordo com a necessidade. Sua ideia era baseada no fato de um isolante que poderia induzir ou transferir cargas elétricas para um prato condutor próximo. Necessitaria simplesmente trazer o prato de metal para as proximidades do isolante, que provocava a atração das cargas distribuídas no prato de metal e ocorria então o desejado desequilíbrio elétrico. Aproximando o dedo do prato, a descarga elétrica ocorria e logo depois o prato era retirado utilizando um suporte isolante, e a carga elétrica permanecia no prato, que poderia ser descarregado com um simples toque de condutores com o dedo. Esse processo poderia ser repetido muitas vezes sem a necessidade de recarregar o prato isolante. Poderíamos gerar, então, quantas descargas elétricas quiséssemos. Benjamin Franklin teve seu foco voltado na maneira de armazenar as descargas elétricas. Nesse tempo, ele ainda achava que a eletricidade era uma espécie de fluido invisível. Até onde sabíamos, podia trafegar pela água, e então, presumia que a água, dentro isolante, poderia conter a eletricidade. O que hoje conhecemos como a garrafa de Leyden foi feito através de um recipiente de vidro cheio d'água e uma tampa de metal. Franklin também pensou em cobrir a parte exterior do vidro com um metal condutor, e ao aproximar ao outro condutor da tampa, uma descarga poderia ocorrer e ficar contida no vidro. O mais importante é que o vidro poderia ser carregado inúmeras vezes, cada faísca aumentava a separação entre as cargas pela tensão elétrica contida dentro do vidro. Uma analogia pode ser feita com um balão onde cada descarga seria um pequeno jato d'água introduzido nele. Após 100 interações, a tensão ficava muito alta, e para liberar a carga eles simplesmente contatou o condutor externo na tampa e ocorreu uma grande descarga elétrica. Franklin aperfeiçoou o design com o tempo, e, eventualmente, percebeu que a carga não estava contida na água, mas no vidro. A água era meramente uma parte condutora da tampa para o recipiente. Hoje, chamamos o armazenamento do recipiente de capacitor, que possui capacitância ou capacidade de conter a eletricidade. Quando ele carregou muitos recipientes ao mesmo tempo, encontrou uma capacidade ainda maior, e liberou uma carga elétrica intensa e mortal de eletricidade. Através dos anos, as pessoas focaram em uma maneira mais eficiente e construir máquinas que pudessem armazenar cargas elétricas em capacitores e produzir, com isso, raios de verdade feitos pelo homem. Passaram-se 50 anos até que um sistema pudesse ser projetado com a finalidade de que essas cargas pudessem ser transmitidas utilizando longos fios elétricos com cargas ainda maiores. Entretanto, o envio de descargas elétricas como método de comunicação parecia ser muito rudimentar, e não houve, nessa época, grandes avanços que pudessem superar o telégrafo ótico existente, portanto, os investimentos nesse sentido foram deixados de lado tanto pela indústria como pelo governo. Entretanto, a comunicação elétrica estava apenas começando, e a revolução tecnológica que temos hoje estava prestes a acontecer.