Mesmo com as obser­va­ções dos fenô­me­nos abor­da­dos no post ante­rior (His­tó­ria pré ins­tru­men­ta­ção), a cor­re­la­ção entre ele­tri­ci­dade e mag­ne­tismo era des­co­nhe­cida. Em abril de 1820, Hans Cris­tian Ørsted (1777–1851) obser­vou, por acaso, enquanto pre­pa­rava uma aula para demons­trar o aque­ci­mento de um fio metá­lico pelo qual passava cor­rente, que o pon­teiro de uma bússola era des­vi­ado enquanto o refe­rido expe­ri­mento acon­te­cia¹. Ciente da impor­tân­cia do ocor­rido, Ørsted enviou um artigo para o Journal für Chemie und Physik, de Nurem­berg (atual Alemanha),do qual Johann Schweig­ger (1779–1857) era editor.

Schweig­ger encon­trou uma maneira de ampli­fi­car o efeito obser­vado por Ørsted: ao invés de uti­li­zar um único fio con­du­tor, ele desen­vol­veu um apa­re­lho com vários fios enro­la­dos em formato de uma bobina retan­gu­lar. Para delírio do cien­tista, o aparato provou-se exitoso em ampli­fi­car o campo mag­né­tico pro­du­zido pela cor­rente que passava pelo fio, aumen­tando a defle­xão do pon­teiro da bússola. Por causa da relação dire­ta­mente pro­por­ci­o­nal entre o número de fios da bobina e o aumento do efeito na bússola, o ins­tru­mento foi bati­zado de Mul­ti­pli­ka­tor (mul­ti­pli­ca­dor). O Mul­ti­pli­ca­dor de Schweig­ger (figura 2), muito mais sen­sí­vel, pos­si­bi­li­tou a medição da pas­sa­gem de cor­ren­tes elé­tri­cas de inten­si­da­des mais baixas por cir­cui­tos elé­tri­cos. Isso abriu caminho para uma melhor com­pre­en­são do fenô­meno ele­tro­mag­né­tico em si e suas futuras aplicações.

Em 1821, Johann Pog­gen­dorff (1796–1877)  cons­truiu um mul­ti­pli­ca­dor seme­lhante ao de Schweig­ger. O ins­tru­mento era cons­ti­tuído de uma bobina, formada por 40 a 50 voltas de um fio de cobre reves­tido por seda. As voltas do fio eram amar­ra­das juntas fir­me­mente, enquanto o aparato era pres­si­o­nado late­ral­mente para formar uma aber­tura elíp­tica na qual era inse­rida uma agulha de bússola montada sobre um pivô. O aparato provou ser muito sen­sí­vel: esta carac­te­rís­tica estava cor­re­la­ci­o­nada, segundo Pog­gen­dorff, ao número de voltas da espira e à espes­sura do fio. Recebeu o nome de “Con­den­sa­dor”.

Em Cam­bridge, no mesmo ano, James Cumming (1777–1861)  cons­truiu um ins­tru­mento que par­ti­lhava dos mesmos prin­cí­pios de fun­ci­o­na­mento dos de Schweig­ger e Pog­gen­dorff. Mas o cien­tista inglês foi mais adiante ao adi­ci­o­nar um ímã extra ao seu apa­re­lho, para con­tra­ba­lan­çar o efeito do campo mag­né­tico ter­res­tre. É inte­res­sante notar a pos­si­bi­li­dade de Cumming ter rea­li­zado o seu tra­ba­lho sem ter cons­ci­ên­cia da pes­quisa pre­té­rita de Schweig­ger e Pog­gen­dorff. Essa hipó­tese apoia-se no fato de que, ao apre­sen­tar seu tra­ba­lho para a Cam­bridge Phi­lo­sophi­cal Society, Cumming jamais fez menção aos dois cien­tis­tas alemães.

A Bússola de Tan­gen­tes (figura 3), também conhe­cida por Gal­vanô­me­tro de Tan­gen­tes, foi des­crita pela pri­meira vez em um artigo de 1837, escrito pelo físico francês Claude-Servais-Mathias Pouil­let (1790–1868). Ele dese­java usar tal equi­pa­mento para com­pro­var a Lei de Ohm. Esse equi­pa­mento con­siste em uma bússola que se encon­tra no centro de uma bobina que coin­cide com o meri­di­ano mag­né­tico do local onde o mesmo se encon­tra. Quando não há pas­sa­gem de cor­rente, a agulha da bússola é para­lela ao plano da bobina. Ao passar cor­rente, é criado um campo mag­né­tico per­pen­di­cu­lar ao plano da bobina, o qual é pro­por­ci­o­nal à cor­rente que está sendo passada. Além disso, temos também a atuação da com­po­nente hori­zon­tal do campo mag­né­tico ter­res­tre, a qual cha­ma­re­mos de . Logo, a agulha da bússola será ali­nhada através da soma veto­rial de e de , con­forme a figura a seguir.

Durante a inte­ra­ção entre os campos e , a agulha da bússola será des­lo­cada em um ângulo em relação à sua posição ori­gi­nal. Sendo assim, temos que .

Con­si­de­rando local­mente cons­tante o campo mag­né­tico ter­res­tre e sabendo que é depen­dente da cor­rente passada pela bobina (Lei de Biot-Savart), podemos rees­cre­ver o campo mag­né­tico , de forma gené­rica, como , onde é uma cons­tante uni­ver­sal, é o número de voltas da bobina, refere-se à cor­rente elé­trica e é o raio da bobina.  Assim, a partir da equação 1, temos: .

Para fins de sim­pli­fi­ca­ção, podemos chamar o fator  de . Dessa forma, , ou seja, a inten­si­dade da cor­rente é dire­ta­mente pro­por­ci­o­nal à tan­gente do ângulo em que a agulha mag­né­tica foi deslocada.

A cons­tante , deno­mi­nada Fator de Redução, depende da geo­me­tria da bobina e da inten­si­dade do campo mag­né­tico ter­res­tre () no local onde o expe­ri­mento é rea­li­zado, sendo igual à quan­ti­dade de cor­rente neces­sá­ria para causar um desvio de na agulha da bússola. 

Camila Raupp da Luz / Equipe AMLEF 2020

            Saiba mais:

• ¹ Quer uma expli­ca­ção mais con­cei­tual sobre o Expe­ri­mento de Ørsted? Veja esse vídeo.
• Você pode rea­li­zar o expe­ri­mento de Ørsted na sua própria casa! Clique aqui.

            Referências:

• Kenyon College — Ins­tru­ments for Natural Phi­lo­sophy — Tangent Gal­va­no­me­ter.
• CASS, Trevor L.. A Story of the Gal­va­no­me­ter. Museum of Tech­no­logy, The History of Gadgets and Gizmos.
• Tangent Gal­va­no­me­ter Expe­ri­ment — Cons­truc­tion and Working. Saral.
• The History Corner: The Gal­va­no­me­ter – 16/06/2020, às 21h18.
• Joseph Henry Project — Schweig­ger’s Coil — 19/06/2020, às 21h19.
• Chipman, Robert A. 1964. “Con­tri­bu­ti­ons from the Museum of History and Tech­no­logy: Science and Tech­no­logy paper 38: The Ear­li­est Elec­tro­mag­ne­tic Ins­tru­ments.” Bul­le­tin of the United States Nati­o­nal Museum. 121–136
• Keith­ley, Joseph F. The Story of Elec­tri­cal and Mag­ne­tic Mea­su­re­ments: From 500 BC to the 1940s.
• Bud, Robert; Warner Jean, Deborah; Chaplin, Simon; Johns­ton, Stephen; Bahr Peter­son, Betsy. Ins­tru­ments of Science: an His­to­ri­cal Ency­clo­pe­dia.
• Hawkins Elec­tri­cal Guide.