sábado, 1 de março de 2014

Biografia de Henry Cavendish


Henry Cavendish
Henry Cavendish. Nasceu em Nice, a 10 de Outubro de 1731, e, faleceu em Londres, a 24 de Fevereiro de 1810. Henry Cavendish foi um físico e químico britânico nascido na França. Conhecido por ter descoberto o hidrogênio, que ele chamou de "ar inflamável", e também por ter medido a densidade da terra (na famosa Experiência de Cavendish), além de pesquisas em eletricidade. Cavendish é conhecido também pela precisão de suas medições.




Biografia

Henry Cavendish nasceu em 10 de Outubro de 1731 em Nice, França, onde sua família morava na época. Sua mãe Lady Anne Grey era filha do Duque de Kent, e seu pai Lord Charles Cavendish era filho do Segundo Duque de Devonshire. Sua mãe morreu em 1733, três meses depois do nascimento do segundo filho do casal, Frederick, e pouco antes do segundo aniversário de Henry Cavendish, deixando Lord Charles Cavendish para cuidar de seus dois filhos. Aos 11 anos, Henry Cavendish era aluno na Dr. Newcome's School, em Hackney, uma escola particular perto de Londres. Em 1749, aos 18 anos, ingressou na Universidade de Cambridge em St Peter's College, agora conhecida como Peterhouse, mas deixou-a quatro anos depois, sem ter se graduado. Cavendish era silencioso e solitário, além de ser considerado excêntrico, fora se sua família não formou relacionamentos pessoais próximos. Cavendish, especialmente tímido com as mulheres, para evitar encontrar sua empregada, construiu uma escada atrás de sua casa. Saia socialmente apenas para o clube da Royal Society, cujos membros jantavam juntos antes dos encontros semanais. Cavendish raramente perdia estas reuniões, e era profundamente respeitado por seus contemporâneos. De comportamento anti-social e secretivo, Cavendish frequentemente evitou publicar seu trabalho. Não foi antes do final do século XIX, muito depois de sua morte, que James Clerk Maxwell leu os documentos de Cavendish e encontrou coisas pelas quais outros receberam crédito. Exemplos das descobertas ou antecipações de Cavendish são Lei das Proporções Recíprocas, de Richter, Lei de Ohm, Lei das Pressões Parciais, de Dalton, princípios da condutividade elétrica (incluindo a Lei de Coulomb), e Lei dos Gases, de Charles. Cavendish morreu em 1810, aos 78 anos, e foi enterrado na Catedral de Derby, ao lado de vários de seus ancestrais.


Gases e a Atmosfera


Desenho de um aparelho de Cavendish para fazer o gás hidrogênio, 1766.
Cavendish foi um dos conhecidos químicos pneumáticos dos séculos XVIII e XIX, junto de, por exemplo, Joseph Priestley, Joseph Black, e Daniel Rutherford. Combinando metais com ácidos fortes, Cavendish produziu gás hidrogênio (H2), que ele isolou e estudou. Embora outros, tais como Robert Boyle, já tinham produzido hidrogênio, o crédito pela descoberta do hidrogênio é dado a Cavendish porque ele reconheceu que o hidrogênio era um elemento químico. Cavendish observou que o hidrogênio, que ele chamou de "ar inflamável", reagia com o oxigênio, então conhecido como "ar deflogisticado", formando água. James Watt e Antoine Lavoisier fizeram uma observação similar, disso resultou uma controvérsia sobre quem deveria receber o crédito por isso. Cavendish também determinou acuradamente a composição da atmosfera da Terra. Ele encontrou que 79.167% era "ar flogisticado" (hoje nitrogênio e argônio), e 20.8333% era "ar deflogisticado" (hoje, 20.95% oxigênio). Cavendish também encontrou que 1/120 da atmosfera da Terra era um terceiro gás, que foi identificado como argônio aproximadamente 100 anos depois por William Ramsay e Lord Rayleigh (John William Strutt)


Pesquisas sobre eletricidade


Os experimentos elétricos de Cavendish não eram conhecidos até que um século depois foram coletados e publicados por James Clerk Maxwell, em 1879, muito depois de outros cientistas terem sido creditados pelos mesmos resultados. Entre as descobertas de Cavendish estavam as seguintes:


  • O conceito de potencial elétrico, que ele chamou de "grau de eletrificação".
  • Uma prematura unidade de capacitância, a de uma esfera de uma polegada de diâmetro.
  • A equação para a capacitância de um capacitor de placas.
  • O conceito de constante dielétrica de um material.
  • A relação entre potencial elétrico e corrente, agora chamada Lei de Ohm (1781).
  • Leis para a divisão de corrente em circuitos paralelos, agora atribuídas a Charles Wheatstone.
  • A lei do inverso do quadrado da distância para a força elétrica, agora chamada Lei de Coulomb.


Experiência de Cavendish


A Experiência de Cavendish, realizada em 1797–1798, teve como objetivo determinar o valor da densidade da Terra. Cavendish publicou os resultados de seu experimento no Philosophical Transactions of the Royal Society em 1798. O valor obtido por Cavendish para a densidade da Terra foi 5,448 ± 0,033 vezes a densidade da água. Apesar da constante gravitacional (G) ser um conceito desconhecido na época de Cavendish, seu experimento permitiu determinar o valor de G com uma diferença menor que 1% do valor aceito atualmente. Por isso, alguns físico atribuem a Carvendish a primeira medição da constante gravitacional. Foi a primeira experiência capaz de medir a força gravitacional entre massas no laboratório, e a primeira capaz de conseguir valores acurados para a constante gravitacional e para a massa da Terra. Porém, o objetivo de Cavendish era saber o valor da densidade da Terra, que foi o que Cavendish reportou. A experiência foi projetada pouco antes de 1783 por John Michell, que construiu uma balança de torção para isso. Porém, Michell morreu em 1793 sem completar seu trabalho, e após sua morte, o aparelho foi passado para Francis John Hyde Wollaston e então para Henry Cavendish, que reconstruiu o aparelho mas manteve-se próximo do plano original, o de Michell. Cavendish então, fez várias medições com o equipamento, e em 1798 reportou seus resultados no periódico Philosophical Transactions da Royal Society. Não é incomum encontrar livros que erroneamente descrevem o trabalho de Cavendish como uma medição da constante gravitacional (G) ou da massa da Terra, e esse erro foi apontado por vários autores. Na realidade, o objetivo de Cavendish era medir a densidade da Terra, e mais tarde outras pessoas usaram seus resultados para calcular G. A primeira vez que essa constante foi usada foi em 1873, quase 100 anos depois da experiência de Cavendish. Os resultados de Cavendish também possibilitam calcular a massa da Terra. Ajudando-o também a descobrir a força da gravitação universal.

O experimento
O dispositivo construído por Cavendish era uma balança de torção feita de um bastão de madeira com dois metros de comprimento (1,8m) suspenso por um fio, e a cada extremidade foi colocada uma esfera de chumbo com um diâmetro de 2 polegadas (51mm) e peso de £ 1,61 (0,73kg). Próximo a cada esfera foram posicionados duas bolas de chumbo de 12 polegadas (300mm) e 348 libras (158kg), a uma distância cerca de 9 polegadas (230mm), e prendido no lugar com um sistema de suspensão independente. O experimento permitiria medir a atração gravitacional fraca entre as esferas pequenas e as maiores. Cavendish, constatou que a densidade da Terra foi 5,448 ± 0,033 vezes a da água (devido a um erro de aritmética simples, encontrados em 1821 por Francis Baily (1774-1844), o valor errado 5,48 ± 0,038 aparece na publicação de Cavendish).


O Hidrogênio

Linhas espectrais do hidrogênio.
(Imagem: User:Jurii).
O gás hidrogênio, H2, foi o primeiro produzido artificialmente e formalmente descrito por Phillipus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim (também conhecido como Paracelso, 1493–1541) por meio da reação química entre metais e ácidos fortes. Paracelso não tinha o conhecimento de que o gás inflamável produzido por esta reação química era constituído por um novo elemento químico. Em 1671, Robert Boyle redescobriu e descreveu a reação entre limalhas de ferro e ácidos diluídos, o que resulta na produção de gás hidrogênio. Em 1766, Henry Cavendish foi o primeiro a reconhecer o gás hidrogênio como uma discreta substância, ao identificar o gás de uma reação ácido-metal como "ar inflamável" e descobrindo mais profundamente, em 1781, que o gás produz água quando queimado. A ele geralmente é dado o crédito pela sua descoberta como um elemento químico. Em 1783, Antoine Lavoisier deu ao elemento o nome de hidrogênio (do grego υδρώ (hydro), água e γένος-ου (genes), gerar) quando ele e Pierre Simon Laplace reproduziram a descoberta de Cavendish, onde água é produzida quando hidrogênio é queimado. Lavoisier produziu hidrogênio pelas suas experiências sobre conservação de massa fazendo reagir um fluxo de vapor de metal por meio de um tubo de ferro de fogo de ferro aquecida ao fogo. A oxidação anaeróbica de ferro pelos protões da água a alta temperatura pode ser esquematicamente representada pelo conjunto das seguintes reações:


Fe + H2O → FeO + H2
2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2
3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2


O Hindenburg momentos depois de incendiar-se.
Muitos metais, tais como o zircônio são submetidos a uma reação semelhante com água o que conduz à produção de hidrogênio. O Hidrogênio foi liquefeito pela primeira vez por James Dewar em 1898 ao usar resfriamento regenerativo e sua invenção se aproxima muito daquilo que conhecemos como garrafa térmica nos dias de hoje. Ele produziu hidrogênio sólido no ano seguinte. O deutério foi descoberto em Dezembro de 1931 por Harold Urey, e o trítio foi preparado em 1934 por Ernest Rutherford, Marcus Oliphant, e Paul Harteck. A água pesada, que possui deutério no lugar de hidrogênio regular na molécula de água, foi descoberta pela equipe de Urey em 1932. François Isaac de Rivaz construiu o primeiro dispositivo de combustão interna movido por uma mistura de hidrogênio e oxigênio em 1806. Edward Daniel Clarke inventou o cano de sopro de gás hidrogênio em 1819. A lâmpada de Döbereiner e a Luminária Drummond foram inventadas em 1823. O enchimento do primeiro balão com gás hidrogênio, foi documentado por Jacques Charles em 1783. O hidrogênio provia a subida para a primeira maneira confiável de viagem aérea seguindo a invenção do primeiro dirigível decolado com hidrogênio em 1852, por Henri Giffard. O conde alemão Ferdinand von Zeppelin promoveu a idéia de usar o hidrogênio em dirigíveis rígidos, que mais tarde foram chamados de Zeppelins; o primeiro dos quais teve seu voo inaugural em 1900. Voos programados regularmente começaram em 1910 e com o surgimento da Primeira Guerra Mundial em Agosto de 1914, eles haviam transportado 35.000 passageiros sem qualquer incidente sério. Dirigíveis levantados por hidrogênio foram usados como plataformas de observação e bombardeadores durante a guerra. O primeiro cruzamento transatlântico sem escalas foi realizado pelo dirigível britânico R34 em 1919. Com o lançamento do Graf Zeppelin nos anos 1920, o serviço regular de passageiros prosseguiu até meados dos anos 1930 sem nenhum acidente. Com a descoberta de reservas de um outro tipo de gás leve nos Estados Unidos esse projeto deveria sofrer modificações, já que o outro elemento prometia um aumento na segurança, mas o governo dos E.U.A. se recusou a vender o gás para este propósito. Sendo assim, H2 foi usado no dirigível Hindenburg, o qual foi destruído em um incidente em pleno voo sobre New Jersey no dia 6 de Maio de 1937. O incidente foi transmitido ao vivo no rádio e filmado. A ignição do vazamento de hidrogênio foi atribuída como a causa do incidente, porém, investigações posteriores apontaram à ignição do revestimento de tecido aluminizado pela eletricidade estática.

Referências


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