História da Física Aplicada

A revolução industrial marca nova fase da Física. As áreas de estudos se especializam e a ligação com o modo de produção torna-se cada vez mais estreita. A física se desenvolve na pratica.

Termodinâmica

Estuda as relações entre calor e trabalho. Baseia-se em dois princípios: oda conservação de energia e o de entropia. Estes princípios são a base demáquinas a vapor, turbinas, motores de combustão interna, motores a jatoe máquinas frigoríficas.

Thomas Newcomen cria em 1698 a máquina avapor, mais tarde aperfeiçoada pelo escocês James Watt.

Primeiro princípio - É o da conservação da energia. Por exemplo, umabateria é usada para aquecer água, a energia da bateria é convertida emcalormas a energia total do sistema, antes e depois de o processocomeçar, é a mesma.

Segundo princípio - Em qualquer transformação que se produza em umsistema isolado, a entropia do sistema aumenta ou permanece constante.Não há, portanto qualquer sistema térmico perfeito no qual todo o calor étransformado em trabalho. Existe sempre uma determinada perda deenergia.

Entropia - tendência natural da energia se dispersar e da ordem evoluirinvariavelmente para a desordem. O conceito foi sistematizado peloaustríaco Ludwig Boltzmann ( 1844-1906) e explica o desequilíbrio naturalentre trabalho e calor.

Zero absoluto - 0 Kelvin (equivalente a -273,15º C ou -459,6º F) ou "zeroabsoluto" não existe em estado natural. A esta temperatura a atividademolecular (atômica) é nula.

Lord Kelvin - (1824- 1907) William Thomson, barão Kelvin of Largs.Filho de matemático que formou-se emCambridge e depois se dedicou à ciência experimental. Em 1832 descobriu que a descompressão dos gases provoca esfriamento e criou uma escalade temperaturas absolutas.

                                                                                       Lord Kelvin

Eletromagnetismo

Em 1820, o dinamarquês Hans Oersted relaciona fenômenos elétricos aosmagnéticos ao observar como a corrente elétrica alterava o movimento daagulha de uma bússola. Michel Faraday inverte a experiência de Oersted everifica que os magnetos exercem ação mecânica sobre os condutorespercoridos pela corrente elétrica e descobre a indução eletromagnética,que terá grande aplicação nas novas redes de distribuição de energia.

                                                                                       Hans Oersted

Indução eletromagnética - Um campo magnético (variável) gerado por umacorrente elétrica (também variável) pode induzir uma corrente elétrica emum circuito. A energia elétrica também pode ser obtida a partir de umaação mecânica: girando em torno de um eixo, um enrolamento de fiocolocado entre dois imãs provoca uma diferença de potencial (princípio dodínamo).

                                                                      Indução eletromagnética

Michael Faraday - (1791-1867) Nasce em Newington, Inglaterra. Começa a trabalhar aos 14anos como aprendiz de encadernador. Aproxima-se das ciências comoautodidata e depois torna-se assistente do químico HumphyDavy. Consegue liquefazer praticamente todos os gases conhecidos. Isola obenzeno. Elabora a teoria da eletrólise, a indução eletromagnética eesclarece a noção de energia eletrostática.

                                                                                Michael Faraday

Raios catódicos - São feixes de partículas produzidos por um eletrodonegativo (cátodo) de um tubo contendo gás comprimido. É resultado daionização do gás e provocam luminosidade. O tubo deraios catódicos é usado em osciloscópios e televisões.

Raios X - Em 1895 Wilhelm Konrad vonRöntgen descobre acidentalmenteos raios X quando estudava válvulas de raios catódicos. Verificou que algoacontecia fora da válvula e fazia brilhar no escuro focos fluorescentes.Eram raios capazes de impressionar chapas fotográficas através de papelpreto. Produziam fotografias que revelavam moedas nos bolsos e os ossosdas mãos. Estes raios desconhecidos são chamados simplesmente de "x".

                                                          Raio X de uma mão

Wilhelm Konrad vonRöntgen- (1845-1923) nasce em Lennep,Alemanha, e estuda Física na Holanda e na Suíça . Realiza estudos sobreelasticidade, capilaridade, calores específicos de gases, condução de calorem cristais e absorção do calor por diferentes gases. Pela descoberta dosraios X recebe em 1901 o primeiro prêmio Nobel de Física da História.

                                                                           Wilhelm Konrad vonRöntgen

Radiatividade - É a desintegração espontânea do núcleo atômico dealguns elementos (urânio, polônio e rádio), resultando em emissão deradiação. Descoberta pelo francês Henri Becquerel (1852 - 1909) poucosmeses depois da descoberta dos raios X. Becquerel verifica que, além deluminosidade, as radiações emitidas pelo urânio são capazes de penetrara matéria.

Dois anos depois, Pierre Curie e sua mulher, a polonesa Marie Curie,encontram fontes radiativas muito mais fortes que o urânio. Isolam o rádioe o polônio e verificam que o rádio era tão potente que podia provocarferimentos sérios e até fatais nas pessoas que dele se aproximavam.

                                                                           Pierre Curie e Marie Curie

Tipos de radiação - Existem três tipos de radiação: alfa, beta e gama. Áradiação alfa é uma partícula formada por um átomo de hélio com cargapositiva. Radiação beta é também uma partícula, de carga negativa, oelétron. A radiação gama é uma onda eletromagnética. As substânciasradiativas emitem continuamente calor e têm a capacidade de ionizar o are torná-lo condutor de corrente elétrica. São penetrantes e aoatravessarem uma substância chocam-se com suas moléculas.

Estrutura do Átomo

Em 1803, John Dalton começa a apresentar sua teoria de que a cadaelemento químico corresponde um tipo de átomo . Mas é só em 1897, coma descoberta do elétron, que o átomo deixa de ser uma unidade indivisívelcomo se acreditava desde a Antiguidade.

                                                                              Estrutura do Átomo

Descoberta do elétron - Em 1897 Joseph John Thomson, ao estudar osraios X e raios catódicos, identifica partículas de massa muito pequena,cerca de 1.800 vezes menores que a do átomo mais leve. Conclui que oátomo não é indivisível mas composto por partículas menores.

Modelo pudim - Thomson diz que os átomos são formados por uma nuvemde eletricidade positiva na qual flutuam, como ameixas em volta de umpudim, partículas de carga negativa - os elétrons.

Modelo planetário - Em 1911 Ernest Rutherford bombardeia uma lâmina deouro com partículas em alta velocidade. Observa que algumas partículasatravessam o anteparo e outras ricocheteiam. Descobre que existemespaços vazios no átomo, por isso algumas partículas passaram pelalâmina. Verifica também que há algo consistente contra o que outraspartículas se chocaram e refletiram. Conclui que o átomo possui um núcleo(de carga positiva) em volta do qual orbitam elétrons, como planetasgirando em torno do Sol. O modelo planetário é aperfeiçoado por NielsBohr com fundamentos da Física quântica.

                                                                           Modelo planetário do átomo

Prótons - 1919 Rutherford desintegra o núcleo de nitrogênio e detectapartículas nucleares de carga positiva. Elas seriam chamadas de prótons.Segundo Rutherford, o núcleo é responsável pela maior massa do átomo.Anuncia a hipótese de existência do nêutron, confirmada apenas 13 anosdepois.

Nêutrons - 1932 James Chadwick membro da equipe, de Rutherford,descobre os nêutrons, partículas nucleares com a mesma massa do prótonmas com carga elétrica neutra.

Ernest Rutherford - (1871 - 1937) nasce em Nelson, na Nova Zelândia,onde começa a estudar Física. Suas maiores contribuições foram aspesquisas sobre radiatividade e teoria nuclear. Em 1908 cria um métodopara calcular a energia liberada nas transformações radiativas e recebe oprêmio Nobel de química. Em 1919 realiza a primeira transmutaçãoinduzida e transforma um núcleo de nitrogênio em oxigênio através dobombardeamento com partículas alfa. A partir daí dedica-se a realizartransmutações de vários tipos de elementos. Em 1931 torna-se o primeiro barão Rutherford de Nelson.

                                                                                    Ernest Rutherford