Rafael José Cajaua

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Rafael José Cajaua
História de Surgimento e Desenvolvimento de Electricidade e Magnetismo
Universidade Pedagógica
Nampula, Março de 2016
Rafael José Cajaua
História de Surgimento e Desenvolvimento de Electricidade e Magnetismo
Trabalho de carácter avaliativo Referente a cadeira de Electricidade e Magnetismo, curso de licenciatura de ensino de Física 2º Ano leccionado por dr: Momade Jaime Chau
Universidade Pedagógica
Nampula, Março de 2016
Introdução 
O presente trabalho referente a cadeira de Electricidade e Magnetismo foi concebido e desenvolvido de forma concisa, clara, sintética e objectiva no tratamento do tema História de surgimento e desenvolvimento de Electricidade e Magnetismo tendo como objectivo fundamental conhecer a história do seu surgimento e desenvolvimento.
Concernente aos objectivos específicos vai-se:
Definir alguns conceitos básicos da Electricidade e Magnetismo;
Descrever a História de Electricidade e Magnetismo;
Destacar algumas figuras importantes que contribuíram bastante para o surgimento e desenvolvimento da Electricidade e Magnetismo; 
Explicar a importância do conhecimento da Electricidade e Magnetismo
 Para que se realize e se desenvolva de uma forma lógica e metódica optou-se em definir os conteúdos de seguinte forma:
História de Surgimento e Desenvolvimento da Electricidade 
História de Surgimento e Desenvolvimento Magnetismo
De salientar que o trabalho científico em presente foi procedido com toda inspiração e convicção íntima possível, nisso, teve momento de organizar os itens em ordem respeitando as normas que regem a estruturação de um trabalho científico consoante o plasmado no índice
Conceitos Básicos de Electricidade
A electricidade é a área da Física que estuda fenómenos associados a cargas eléctricas, sendo dividida em três partes: Electrostática, electrodinâmica e electromagnetismo.
 Electrostática: Refere-se ao comportamento das cargas eléctricas em repouso e seu estudo engloba os processos de electrização, campo eléctrico, força electrostática e potencial eléctrico.
Electrodinâmica: É a parte da electricidade responsável pelo estudo das cargas eléctricas em movimento. O foco dessa área é a corrente eléctrica e os componentes de circuitos eléctricos, como capacitares e resistores.
Electromagnetismo:  Estuda a relação entre os fenómenos eléctricos e magnéticos, tais como campo magnético produzido por cargas eléctricas em movimento e campo eléctrico produzido pela variação de fluxo magnético.
A expressão tradicional "electricidade estática" se refere à presença de carga, ou melhor, de um desequilíbrio de cargas em um corpo, o que é geralmente causado quando se tem materiais quimicamente diferentes esfregados entre si, o que leva à transferência de cargas de um para o outro.
História de Surgimento e Desenvolvimento da Electricidade 
No século VII a.C., Tales, na cidade de Mileto – Grécia – observou que uma substancia chamada âmbar, quando atritada, adquiria a propriedade de atrair outros corpos. Âmbar, em grego, significa elektron, motivo pelo qual os fenómenos dai originados denominam-se fenómenos eléctricos, e a ciência que os estuda denomina-se electricidade.
Historicamente, a electricidade surgiu na Grécia Antiga. Conforme Tales de Mileto, friccionando-se âmbar na pele de carneiro, verifica-se que os pedaços da palha são atraídos pelo âmbar. O termo electricidade prove da palavra grega elektron que significa electrão (âmbar).
Em 1600, o cientista inglês William Gilbert, foi o primeiro a estudar sistematicamente a electricidade e magnetismo publicando uma obra De magnete, onde explicou que os materiais alem de âmbar, adquirem propriedade de atrair outros corpos quando são friccionados a que designou força eléctrica. Concluiu que a Terra é um imenso imã e por isso a agulha de uma bússola aponta para o Norte. O campo magnético da Terra numa erupção solar
No século XVIII, Benjamin Franklin descobriu que as cargas eléctricas distribuídas na superfície de um objecto metálico podem exercer forças eléctricas significativas sobre corpos no exterior do objecto, sem no entanto exercerem qualquer força sobre corpos colocados no interior do mesmo.
Franklin concluiu então que a força eléctrica entre partículas com carga deveria ser também proporcional ao inverso do quadrado da distância entre as partículas. Dois tipos de electricidade eram conhecidos (dois fluidos):
Electricidade vítrea
Electricidade resinosa
Franklin propôs que as duas formas de electricidade eram devidas a um único fluído:
Matéria com pouco fluído eléctrico: carregado positivamente – vítrea
Com excesso de fluído eléctrico: carregado negativamente – resinosa
Descobriu o princípio da conservação da carga eléctrica!
Raio numa tempestade é composto de electricidade: invenção do pára-raios.
Electroscópio
Vários anos após o trabalho de Franklin, Charles Coulomb fez experiências para estudar com precisão a intensidade da força electrostática entre duas cargas pontuais (uma carga pontual é um objecto muito pequeno com carga eléctrica).
A lei de Coulomb estabelece que a linha de acção da força eléctrica entre duas cargas pontuais q1 e q2 é a linha que passa pelos seus centros e a sua intensidade (F) é directamente proporcional ao valor absoluto de cada uma das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os seus centros.
Conceitos Básicos de Magnetismo
O magnetismo é a área da Física que estuda os fenómenos relacionados com as propriedades dos imãs Os primeiros fenómenos magnéticos foram observados na Grécia antiga, em uma cidade chamada Magnésia. Historicamente o termo magnetismo deve se à cidade de Magnésia, onde foram observados pela primeira vez os fenómenos magnéticos por pastor Magnus.
 Em física e demais ciências naturais,  magnetismo é a denominação associada ao fenómeno ou conjunto de fenómenos relacionados à atracção ou repulsão observada entre determinados objectos materiais - particularmente intensas aos sentidos nos materiais ditos ímãs ou nos materiais ditos ferros magnéticos e ainda, em perspectiva moderna, entre tais materiais e condutores de correntes eléctricas - especificamente entre tais materiais e portadores de carga eléctrica em movimento - ou ainda a uma das parcelas da interacção total (Força de Lorentz) que estabelecem entre si os portadores de carga eléctrica quando em movimento - explicitamente a parcela que mostra-se nula na ausência de movimento de um dos dois, ou de ambos, no referencial adoptado.  Há de se ressaltar que a simples observação de atracção ou repulsão entre dois objectos não é suficiente para caracterizar a interacção entre os dois como de origem magnética, geralmente confundindo-se com certa facilidade, aos olhos leigos, os fenómenos magnéticos e eléctricos.
História de Surgimento e Desenvolvimento Magnetismo
Os primeiros estudos realizados nessa área foram feitos no século VI a.C. por Tales de Mileto, que observou a capacidade de algumas pedrinhas, que hoje são chamadas de magnetita, de atraírem umas às outras e também ao ferro. Os estudos sobre o magnetismo somente ganharam força a partir do século XIII, quando alguns trabalhos e observações foram feitos sobre a electricidade e o magnetismo, que ainda eram considerados fenómenos completamente distintos. Essa teoria foi aceita até o século XIX.
Os estudos experimentais na área foram feitos pelos europeus. Pierre Pelerin de Maricourt, em 1269, descreveu uma grande quantidade de experimentos sobre magnetismo. Devem-se a ele as denominações pólo norte e pólo sul às extremidades do imã, bem como a descoberta de que a agulha da bússola apontava exactamente para o norte geográfico da Terra. Existem relatos que no século VI a.C. Tales de Mileto percebeu e estudou que um minério era capaz de atrair pequenos objectos de ferro. Esse minério foi chamado de magnetita (composto basicamente de óxido de ferro Fe3O4), justamenteporque foi encontrado em Magnésia, antiga cidade da Grécia Antiga. Contudo, há indícios que os chineses já conheciam os fenómenos magnéticos há mais tempo que os gregos. Foram os chineses que inventaram a bússola, quando perceberam que uma colher de magnetita, suspensa livremente por um eixo, adquiria naturalmente a direcção que hoje conhecemos como norte-sul. 
Mais tarde, em 1820, Hans Christian Oersted demonstrou uma relação entre a electricidade e o magnetismo quando percebeu que a agulha de uma bússola era deflectida pelo campo magnético gerado ao redor de um fio percorrido por corrente eléctrica. 
Os anos seguintes ficaram marcados pela busca do processo inverso, pois se corrente eléctrica gera campo magnético (demonstrado por Oersted), campo magnético poderia gerar corrente eléctrica. Foi em 1831, onze anos depois da publicação de Oersted, que Michael Faraday mostrou que a variação de um campo magnético através de uma superfície condutora fechada gera corrente eléctrica.
A grande revolução nos estudos do magnetismo foi feita por Oesterd, em 1820. Ele descobriu que fenómenos eléctricos e magnéticos estão inter-relacionados. De acordo com essa teoria, denominada electromagnetismo, cargas eléctricas em movimento geram campo magnético, e campo magnético em movimento gera corrente eléctrica. Esses estudos foram finalizados por Maxwell que estabeleceu bases teóricas sólidas sobre a relação entre o campo eléctrico e o magnético, ou seja, as ondas electromagnéticas.
Foi a partir de então que se tornaram possíveis a invenção e o aperfeiçoamento de diversos instrumentos que estão presentes no nosso quotidiano, como o motor eléctrico, cartões magnéticos, a produção de energia nas usinas hidroeléctricas, ondas de rádio e televisão, aparelhos de telecomunicação etc.
 A existência de forças naturais de origem eléctrica e magnética fora observada em contextos históricos independentes, mas só na primeira metade do século XIX um grupo de pesquisadores conseguiu unificar os dois campos de estudo e assentar os alicerces de uma nova concepção da estrutura física dos corpos.
No final do século XVIII Charles-Augustin de Coulomb e Henry Cavendish haviam determinado as leis empíricas que regiam o comportamento das substâncias electricamente carregadas e o dos ímãs. Embora a similaridade entre as características dos dois fenómenos indicasse uma possível relação entre eles, só em 1820 se obteve prova experimental dessa relação, quando o dinamarquês Hans Christian Oersted, ao aproximar uma bússola de um fio de arame que unia os dois pólos de uma pilha eléctrica, descobriu que a agulha imanada da bússola deixava de apontar para o norte, orientando-se para uma direcção perpendicular ao arame.
Pouco depois, André-Marie Ampère demonstrou que duas correntes eléctricas exerciam mútua influência quando circulavam através de fios próximos um do outro. Apesar disso, até a publicação, ao longo do século
XIX, dos trabalhos do inglês Michael Faraday e do escocês James Clerk Maxwell, o electromagnetismo não foi nem começou a ser - considerado um autêntico ramo da física.
Variáveis e magnitudes. Os fenómenos electromagnéticos são produzidos por cargas eléctricas em movimento.
A carga eléctrica, assim como a massa, é uma qualidade intrínseca da matéria e apresenta a particularidade de existir em duas variedades, convencionalmente denominadas positiva e negativa. A unidade elementar da carga é o electrão, partícula atómica de sinal negativo, embora sua magnitude não resulte em entidade suficiente para cálculos macroscópicos normais. Como unidade usual de carga usa-se então o coulomb; o valor da carga de um electrão equivale a 1,60 x 10-19 coulombs.
Duas cargas eléctricas de mesmo sinal se repelem, e quando de sinais contrários se atraem. A força destas interacções é directamente proporcional a sua quantidade de carga e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. Para explicar a existência dessas forças adoptou-se a noção de campo eléctrico criado em torno de uma carga, de modo que a força eléctrica que vai actuar sobre outra carga distanciada da primeira corresponde ao produto da quantidade de carga desta primeira por uma grandeza chamada intensidade de campo eléctrico. A energia que este campo transmite à unidade de carga chama-se potencial eléctrico e geralmente se mede em volts.
Uma das variáveis magnéticas fundamentais é a indução magnética, intimamente relacionada com a intensidade do campo magnético. A indução representa a força magnética exercida sobre um corpo por unidade de carga eléctrica e de velocidade. A unidade de indução magnética é o tesla, que equivale a um weber por metro quadrado; o weber é uma medida de fluxo magnético (grandeza que reflecte a densidade dos campos magnéticos). Tanto a intensidade de campo eléctrico e magnético quanto a indução magnética apresentam um carácter vectorial e, por conseguinte, para descrevê-las adequadamente devem-se definir, para cada uma, sua magnitude, direcção e sentido.
Por correlacionar a electricidade e o magnetismo, adquiriu função especial no campo da física a noção de corrente eléctrica, entendida como a circulação de cargas livres ao longo de um material condutor. Sua magnitude é determinada pela intensidade da corrente, que é a quantidade de cargas eléctricas livres que circulam pelo condutor em um tempo determinado. Chama-se ampère a unidade de intensidade de corrente resultante da passagem em um condutor de um coulomb de carga durante um segundo. Essa unidade tornou-se a mais importante do ponto de vista electromagnético, levando o sistema internacional de unidades a ter a notação MKSA: metro, quilograma, segundo, ampère.
Indução electromagnética. No decorrer do século XIX, as experiências de Örsted e Ampère demonstraram a influência que as correntes eléctricas exercem sobre os materiais imanados, enquanto Faraday e Joseph Henry determinaram a natureza das correntes eléctricas induzidas por campos magnéticos variáveis no espaço. O advento do electromagnetismo, união da electricidade e do magnetismo, é creditado à dupla Hans Christian Ørsted e André-Marie Ampère, seus trabalhos remontando aos anos 1819 e 1820. A electricidade e o magnetismo foram definitivamente unidos por James Clerk Maxwell, em particular na obra "On Physical Lines of Force", entre 1861 e 1862.
Embora o rápido progresso científico sobre a electricidade remonte a séculos anteriores e ao início do século XIX, foi nas décadas vindouras do século XIX que deram-se os maiores progresso na engenharia eléctrica. Através dos estudos de Nikola Tesla, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside,Thomas Edison, Ottó Bláthy, Ányos Jedlik, Sir Charles Parsons, Joseph Swan, George Westinghouse, Werner von Siemens, Alexander Graham Bell e Lord Kelvin, a electricidade transformou-se de uma curiosidade científica a uma ferramenta essencial para a vida moderna, ou seja, transformou-se na força motriz da Segunda Revolução Industrial.
Em 1885, J. H. Geissler (1815-1879) inventou uma bomba que permitia extrair o ar de um tubo de vidro até uma pressão da ordem de 104 vez a pressão atmosférica. Essa bomba foi usada entre 1858 e 1859 numa série de experimentos para estudar a condução de electricidade em gases a pressões muito baixas. Esses experimentos foram feitos por J. Plucker (1801-1868). No seu arranjo experimental, duas placas de metal dentro de um tubo de gás eram conectadas através de fios a uma fonte de alta tensão. No entanto, esse “vácuo" não era perfeito, e os cientistas foram levados a hipóteses erróneas sobre a natureza dos raios catódicos, como mais tarde se aprendeu tratar-se de efeitos do gás residual dentro do tubo.
É nesse ponto que J. J. Thomson entra na história. O ingrediente fundamental que lhe permitiu a descoberta da natureza dos raios catódicos – os electrões - foi o desenvolvimento de bombas a vácuo 10 vezes mais eficientes do que as anteriores ptubo105Pa.
O Casamento da Electricidade Com o Magnetismo
Em 1820 um novo fenómeno foi observado por acaso pelo físico dinamarquêsHans Christian Oersted (1777- 1825). Durante uma de suas aulas sobre o efeito térmico das correntes nos fios condutores, percebeu que ao passar uma corrente pelo fio uma agulha magnética próxima ao fio sofria influência. Investigando a fundo percebeu que ao se passar uma corrente eléctrica por um fio um campo magnético é gerado ao seu redor.
A notícia se espalhou rapidamente e muitas outras experiências foram realizadas. André Marie Ampère (1775- 1836), um matemático francês logo descobriu o efeito das correntes de um fio nas correntes de outro fio próximo e estabeleceu a primeira teoria matemática desse novo fenómeno. Observou que correntes em fios paralelos com o mesmo sentido repeliam os fios e correntes no sentido oposto os atraiam e estabeleceu as equações matemáticas. Construiu em 1822 um solenóide para criar campos magnéticos.
Os passos iniciais da electricidade ficaram ainda mais alicerçados quando o físico alemão George Simon Ohm (1789-1854) anunciou em 1827 a lei que hoje recebe seu nome. A lei de Ohm diz que a corrente que atravessa um circuito é proporcional à tensão dividida pela resistência do circuito
Importância de Electricidade e Magnetismo
Desde então os estudos sobre electricidade assumiram uma enorme dimensão. Actualmente é impossível imaginar nossa vida sem ela. Lâmpadas, computadores, aparelhos de TV, geladeiras, motores eléctricos, telefones, entre tantos outros, proporcionam nosso conforto. Os meios de comunicação não existiriam sem os avanços nessa área.
 Marcos Importantes da História de Electricidade e Magnetismo
De entre várias descobertas no campo da história de surgimento e desenvolvimento de electricidade e magnetismo destacam-se com mais evidência as seguintes:
Grécia Antiga -Tales descobre as propriedades do âmbar.
Ásia Menor descobre-se as propriedades de um pedaço de rocha atrair pequenos pedaços de ferro
Somente em 1600 William Gilbert publica sua obra De Magnete na qual relata estas propriedades. Surge pela primeira vez as palavras electricidade e electrização
1660 –Otto Von Guericke inventa a máquina electrostática que era capaz de gerar cargas eléctricas por fricção.
1729 –Stephen Gray fez a distinção entre materiais condutores e não condutores.
1730 –Charles Francis Dufay descobriu que a electricidade produzida por fricção podia ser de duas classes positiva ou negativa
1744 Universidade de Leyden Holanda foi inventado um dispositivo chamado garrafa de Leyden –
O padre Jean-Antonie Nollet (1700-1770) construi uma máquina que gerava eletricidade estática e a acumulou através de uma garrafa de Leyden.
Benjamin Franklin –Estados Unidos carregou uma garrafa de Leyden utilizando pipas durante tempestades e constatou que os raios são uma forma de electricidade.
Esta descoberta de Franklin possibilitou a invenção dos primeiros para raios.
No século XVIII acreditava-se que a electricidade era um fluido. Com base nesta teoria Franklin estabeleceu (1750) os termos “electricidade positiva “ e “electricidade negativa” assim como as propriedades de atracção e repulsão entre corpos carregados.
Itália (1780) – Luigi Galvani, professor de Anatomia, descobre que as pernas de um sapo morto, que estava sobre uma placa metálica, sofriam uma contracção quando tocadas com um bisturi. Galvani atribui este fenómeno à descarga eléctrica; mas a explicação iria demorar mais alguns anos. Em 1791,  publicou sua descoberta da bioelectricidade, demonstrando que é por meio da electricidade que as células nervosas passam sinais para os músculos.
No século XVIII, o francês Charles François de Cisternary Du Fay comprovou a existência de dois tipos de forças eléctrica: de atracção e de repulsão. 
Itália (1796) Alessandro Volta descobre que ocorre uma reacção química quando dois metais diferentes ficam em contacto com uma solução ácida. Devido desta reacção surge uma corrente eléctrica. Construiu a primeira pilha utilizando discos de cobre e zinco, separados por um material que continha uma solução ácida.
Dinamarca (1820) –Hans Christian Oersted descobre que uma corrente eléctrica fluindo em um condutor é capaz de alterar a agulha de uma bússola
Inglaterra (1831) – Michael Faraday descobriu que se um condutor se movimentasse dentro do campo magnético de um ímã, uma força electromotriz era induzida nos terminais do condutor
França (1800) – Charles Augustin Coulomb descobriu que a força entre dois pólos carregados é inversamente proporcional ao quadrado da distancia entre eles e directamente proporcional à suas magnitudes.
Alemanha (1827) – George Simon Ohm descobre a relação entre corrente, tensão e resistência em um condutor eléctrico surgindo uma das mais utilizadas expressões na electricidade, “ Lei de Ohm”
-Alemanha (1833) Wilhelm Weber e Karl Gauss desenvolveram um telégrafo electromagnético que posteriormente foi aperfeiçoado por Werner Von Siemens e Samuel Morse
Inglaterra (1833) Michael Faraday estabeleceu as leis da electrólise, da capacitância eléctrica e inventou o motor eléctrico, o dínamo e o transformador
Estados Unidos (1875), Alexander Graham Bell inventou o telefone
Estados Unidos (1830), Joseph Henry descobriu a “indução electromagnética” e a conversão do magnetismo em electricidade. Joseph Henry (1797-1878), descobriu a força eletro-motriz de auto-indução.
Estados Unidos (1880) – Thomas Edison desenvolveu a lâmpada eléctrica incandescente
1882 –Thomas Edison projectou e construiu as primeiras usinas geradoras , uma em Londres e duas nos Estados Unidos. Ambas eram de pequeno porte e forneciam electricidade em corrente contínua.
Em 1873 pelas mãos de James Clerk Maxwell (1831-1879), sábio escocês, criador das equações gerais do electromagnetismo, que sintetizam elegante e magistralmente essa área do saber. A electricidade e o magnetismo no mundo contemporâneo estão presentes em todos os sectores económicos, desde as áreas de transporte e comunicação, passando pelas de produção, até as de lazer. Além do largo espectro de aplicação a electricidade é uma forma privilegiada de energia, pois pode atingir com facilidade qualquer lugar imaginável
Estados Unidos (1886), George Westhinghouse inaugurou o primeiro sistema de energia eléctrica em CA utilizando um transformador eficiente desenvolvido por W. Stanley. 
1887 Já havia algumas usinas em CA que alimentavam cerca de 135000 lâmpadas.
A transmissão era feita em 1000 volts
Sérvia (1890) – Nikola Tesla criou o sistema de geração de energia eléctrica trifásico, que passou a ser utilizado em 1896.
Nicolas Constant Pixii (1776-1861), fabricante francês de instrumentos de precisão constrói um gerador de corrente alternada muito rudimentar, fazendo rodar um imã permanente em forma de ferradura, em torno de bobinas fixas, utilizando as descobertas de Faraday e Henry.
Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) formulou em 1847 duas leis, chamadas "leis de Kirchhoff" sobre correntes e tensões eléctricas, que permitiam a resolução, juntamente com a lei de Ohm, dos mais variados circuitos, facilitando, principalmente, em muito o trabalho com a electricidade.
Conclusão
 Em última, é saliente que o trabalho foi uma das melhores formas de como se integrar no mundo das ciências naturais e experimentais em particular a Física. Desta feita, importa-me proferir que o estudo de Electricidade e Magnetismo contribuíram bastante na ciência, no mundo tecnológico, isto é, marcou uma larga evolução nas ciências naturais e experimentais e deram campo as inúmeras descobertas no meio tecnológico, na vida socioeconómica e política na actualidade. Impõe-me agora convidar aos interessados para aderirem neste caminho tão lindo e de fácil acesso na busca de conhecimento mais profundo da ciência a partir de história de surgimento da ciência em estudo. 
Bibliografia
HALLIDAY & RESINK. Física. Vol.4.5ªedição, Rio de Janeiro, 2008.
TIPLER A. Paul & MOSCA Gene. Física para cientistas e engenheiros Vol 2, 4ª edição, Rio de Janeiro, 2000
MENEZES,João Paulo. Física 10ª Classe. Texto Editores 
BUKHOVTSEV, B. MIAKICHEV, G. Física 1 e 2, Editora Mir, Moscovo 1987
FILHO, Matheus Teodoro da Silva, Fundamentos de Electricidade, Rio de Janeiro, LTC, 2007.