A criação do conceito de linhas de força: o que um exame de textos originais de Faraday nos revela sobre Ciência?

A criação do conceito de linhas de força: o que um exame de textos originais de Faraday nos revela sobre Ciência?

## Introdução

Michael Faraday (1791-1867) é considerado um cientista eminentemente experimental, principalmente em função da descoberta do fenômeno da indução eletromagnética; vivendo o apogeu da ciência newtoniana, tornou-se um dos responsáveis pela emergência do conceito de campo, que desencadearia um rompimento, mesmo que parcial, com essa mesma ciência. Nesse processo, a elaboração da idéia de linhas de força, com todo o esforço intelectual envolvido, desempenhou um papel crucial.

No entanto, essa característica de associar teorias e idéias, algumas, inclusive, de caráter metafísico, às suas pesquisas experimentais, é ignorada pelos livros de Física e minimizada por autores em Filosofia da Ciência; perde-se, com isso, uma oportunidade de, no ensino de Física, ensinar, além de resultados, também o que é Ciência.

As pesquisas de Faraday em eletricidade e magnetismo estão registradas em 'Experimental Researches in Electricity', obra que reúne trabalhos publicados entre 1831 e 1852, bem como algumas correspondências.

A leitura que fazemos desses documentos parte de uma concepção muito bem definida dos possíveis modos de utilização da História da Ciência, como ferramenta da prática pedagógica. Acreditamos que o estudo dos documentos originais dos autores da Ciência permite aprofundar a compreensão do significado de conceitos, identificar barreiras conceituais e, por acompanhar a Ciência em seu pro cesso de criação, aprender sobre seus métodos e suas razões.

Para esse trabalho, colocamos o foco na questão metodológica. Tendo como tema a criação do conceito de linhas de força, colocamos as seguintes questões: Que tipos de problemas Faraday se colocava? Como ele os procurava resolver? Quais os fundamentos de suas explicações?

Assim, no que se segue, apresentamos uma seleção de trechos relevantes, extraídos dos originais de Faraday e os articulamos, procurando dar conta de algumas escolhas teóricas feitas pelo cientista; procuramos, acima de tudo, desmistificar a visão apresentada pelos livros didáticos de Física, tanto de 2º como de 3º graus, de um Faraday que retira seus dados diretamente da natureza, sem levar em conta o papel das crenças e teorias que fundamentaram seus experimentos.

A emergência do conceito de linhas de força: origens e contexto do problema

A descoberta do fenômeno da indução eletromagnética foi o resultado de uma série de pesquisas experimentais; trata-se de um caso clássico de descoberta em Ciência, não por acaso, mas como resultado da busca de um fenômeno específico.

Já se conhecia, na época, a partir da descoberta de Oersted, o fato de que correntes elétricas estacionárias geram efeitos magnéticos ao seu redor; o problema experimental que Faraday se propõe investigar é o efeito contrário, ou seja, produzir eletricidade a partir de magnetismo: ' pareceu-me extraordinário que, assim como toda corrente elétrica era acompanhada de uma intensidade de ação magnética correspondente ... bons condutores de eletricidade, quando colocados dentro dessa esfera de ação, não apresentavam nenhuma corrente induzida através deles ...' 1 .

No decorrer de seus experimentos, repetidos sob as mais variadas condições, Faraday percebeu que o efeito desejado só era produzido a partir de variação ; variação, por exemplo, de corrente quando

se liga ou desliga uma chave num circuito: ' Quando o contato com a bateria era feito, surgia um efeito repentino e leve no galvanômetro, surgindo um efeito similar quando esse contato era rompido ' . 2

Ou, então, variação produzida pelo movimento relativo entre um ímã e uma espira. Consideremos este segundo caso, através de uma versão simplificada do experimento, que consiste num conjunto de duas espiras conectadas, porém colocadas a alguma distância uma da outra. Movendose um ímã através de um deles, é possível detectar a deflexão de uma agulha magnética colocada no interior do outro enrolamento. Como explicar essa transmissão de ação à distância?

Referindo-se à indução eletrostática, uma de suas primeiras preocupações, diz -nos Faraday: ' Penso que não podemos ir muito adiante na investigação das leis da eletricidade sem um entendimento mais profundo de sua natureza. ' 3

Dessa forma, para ele, não era suficiente a produção experimental da indução, ele sentia a necessidade de um entendimento de sua natureza, era necessário explicá-la . E as bases mais fundamentais para essa explicação tinham origem em crenças que ultrapassavam o domínio estrito da ciência experimental.

Faraday acreditava numa unicidade de ação, governando diferentes manifestações de eletricidade; mais que isso, acreditava numa unicidade das forças na natureza; essa crença motivou muitos de seus experimentos, inclusive aqueles frustrados, em que procurava uma conexão entre gravidade e eletricidade. No entanto, embora aceitasse a ação à distância para fenômenos gravitacionais, conforme descrita pela lei da gravitação universal de Newton, procurava, para as ações elétricas e magnéticas, uma explicação mais fundamental, que o levasse para mais próximo das causas.

Referindo-se às investigações experimentais em eletricidade, diz-nos ele, novamente: '... o que agora é de muito maior importância, ... a determinação mais acurada dos primeiros princípios de ação do mais extraordinário e universal poder da natureza' 4 .

Que métodos defendia para essa procura? 'e para aqueles filósofos que perseguem essa investigação zeloza porém cautelosamente, combinando experimento com analogia, suspeitosos de suas noções pré-concebidas, ... não generalizando muito rapidamente e, acima de tudo, predispondo-se a cada passo a examinar criticamente suas próprias opiniões, através tanto de raciocínio como de experimento, nenhum ramo de conhecimento pode conter um campo tão indicado e tão pronto para descoberta como esse' . 5

Vemos claramente que analogia e análise crítica, instrumentos eminentemente teóricos, faziam parte de sua metodologia de investigação. E nesse cenário de investigação, Faraday acha necessário associar às suas pesquisas experimentais uma teoria da matéria:

'... a impossibilidade, sob quaisquer circunstâncias, de carregar absolutamente matéria de qualquer tipo com uma ou outra eletricidade apenas, esteve permanentemente em minha mente e me fez desejar procurar uma visão mais clara do q ue aquela com que estava familiarizado, acerca da forma como os poderes elétricos e as partículas da matéria estão relacionados ...' 6

O conceito de linhas de força e sua vinculação com uma teoria da matéria

A imagem do modo como limalha de ferro se distribui ao redor de objetos imantados foi um elemento bastante forte no pensamento de Faraday. Para ele, a forma curva como essas linhas se distribuíam representava um indício de que sua natureza era diferente daquela da ação gravitacional, que se dava em linha reta; nesse momento, sua concepção de linha de força é a de algo imaginário, que representa apenas a direção segundo a qual a matéria se organiza: ' Eu uso o termo linha de força

indutiva , simplesmente como uma forma convencional, temporária, de expressar a direção do poder nos casos de indução ...' 7

Esse é um estágio em que a presença da matéria, como elemento de transmissão, é essencial em seu pensamento. Tendo como referência experiências feitas com a eletrólise, argumenta Faraday: '... fui levado a suspeitar que a própria indução comum fosse em todos os casos, uma ação de partículas contíguas , e que a ação elétrica à distância (i.e., ação indutiva ordinária) nunca ocorresse a não ser através da influência da matéria interveniente ' . 8

Nesse momento, baseava sua explicação numa idéia de matéria como sendo constituída de partículas polarizadas; a indução se transmitia partícula a partícula. No entanto, quão próxima deveria estar uma partícula de outra, para que fosse considerada como 'contígua'? E, nesse caso, não se estaria simplesmente reduzindo a ação à distância a um nível microscópico?

O próprio Faraday percebe que enfrentava uma dificuldade: ' Por partículas contíguas quero me referir àquelas que estão próximas umas das outras, não que não haja nenhum espaço entre ela ' s . 9

Criticado por essa posição, reage, publicando dois artigos fundamentais em que abandona sua concepção anterior, de transmissão de ação através de partículas contíguas, substituindo-a por uma visão de matéria como sendo constituída de cen tros de força: ' Será que existe alguma coisa mais compreensível às nossas mentes, na complicada noção de matéria sem poder e de poder sem matéria, do que há na visão simples de poder emanando de e ao redor de um centro? '

'... o peso ou gravitação de um corpo depende da força a que chamamos atração; e essa força não é alguma coisa à parte, ou seja, separada da matéria, nem a matéria é separada da força; a força é uma propriedade essencial, é parte da matéria e, se fosse possível pensar a matéria sem força, esta não seria matéria .'

Faraday não chega a essa concepção por vias experimentais, ela a elabora a partir de noções herdadas do conceito newtoniano de matéria; incorpora desenvolvimentos posteriores, como de Boscovich e Priestley e, fundamentalmente, apela para sua crença no papel de Deus, como agente e organizador da criação material:

'Deus sentiu prazer em trabalhar em sua criação por meio de leis e estas se fazem evidentes a nós tanto pela constância das características da matéria como pela constância dos efeitos que produz.' 10

Com a noção assim construída, lhe foi possível explicar a ação da matéria onde ela não estava; a matéria se difunde pelo espaço, como que estendendo seus tentáculos, atingindo as regiões mais distantes; essa é uma noção dinâmica, compatível com a visão newtoniana; porém, já começando a se diferenciar dela, desloca a ação dos núcleos de matéria para o espaço que os cerca.

Em suas pesquisas posteriores, Faraday coloca cada vez mais ênfase nas linhas de força, que vão adquirindo um caráter físico, de algo com existência real no espaço : '... onde quer que a expressão linha de força seja tomada simplesmente para representar a disposição das forças, deverá ter a totalidade desse significado; mas onde quer que pareça representar a idéia de modo físico de transmissão de força, expressa, nesse respeito, a opinião a que estou inclinado nesse momento'. 11

Em sua concepção, linhas de força deixam, assim, de ser imaginárias, de representar a direção de organização da matéria, passando a ter uma existência física independente.

Referindo-se às suas pesquisas com materiais pára e diamagnéticos, conclui Faraday:

' A partir de tais experimentos, e também de observações gerais e conhecimento, parece manifesto que as linhas de força magnética podem atravessar o puro espaço, assim como o fazem as forças gravitacionais, e também as forças elétricas estáticas; e assim o espaço tem uma relação

magnética própria, e uma que, provavelmente descobriremos mais tarde, ser de máxima importância nos fenômenos naturais '. 12

Embora de um ponto de vista moderno a concepção da realidade das linhas de força seja questionável e as analogias das quais Faraday se vale tenham problemas, um grande avanço se tinha dado: a essência da matéria não estava na solidez ou na extensão, mas em seus poderes e forças; o deslocamento da ação para o espaço, conseguido à custa de muito esforço intelectual parece ser, em nosso entender, a grande contribuição de Faraday para a elaboração do conceito de campo.

## Conclusões

O que o breve exame de textos originais de Faraday , feito aqui, nos revela sobre Ciência?

Vimos, inicialmente, que suas pesquisas experimentais não eram realizadas às cegas, mas partiam de problemas muito bem definidos. Vimos que a experimentação estava sempre associada ao raciocínio e, mais que isso, que ele defendia outros instrumentos para a execução da atividade científica, como o uso da analogia e o exercício da crítica. Vimos, também, um exemplo de que a ciência não evoluiu à parte das concepções pessoais de seus criadores; embora desvinculasse os resultados científicos de suas idéias religiosas, estas desempenharam um papel como elemento organizador no pensamento de Faraday.

Procuramos trazer à tona um Faraday teórico e, como tal, sujeito a equívocos de argumentação. Identificamos, numa época em que a física newtoniana já estava perfeitamente estabelecida, um cientista ainda elaborando o conceito de força, considerando-a ora como ação à distância, ora como poder pertencente à matéria. Vimos também o emprego de uma terminologia moderna, mas com significado de época. É o caso de termos como bateria e galvanômetro, que existiam, então, em sua forma mais primitiva.

Que elementos se podem extrair, para a prática pedagógica?

Além de desmistificar a visão dos livros didáticos de como se deram as descobertas experimentais, o contato com a obra de Faraday, em sua forma original, nos permite avaliar as dificuldades conceituais enfrentadas pelo cientista na criação de um conceito. Entre outros benefícios, isso pode fazer-nos refletir sobre a visão de ciência que transmitimos a nossos alunos, assim como sobre as possíveis dificuldades que podem enfrentar na aprendizagem de conceitos que, historicamente, foram elaborados à custa de uma intensa batalha intelectual.

## Bibliografia

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- \_\_\_\_\_\_. Problemas Metodológicos em Historiografia da Ciência. In: Epistemologia e ensino de

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SPENCER J. B. Boscovich's Theory and its Relation do Faraday's Researches: an Analytic Approach. Arch. Hist. Exact Sci ., v. 4, p. 184-202, 1967.

LEVERE T. H. Faraday, Matter, and Natural Theology - Reflection on an Unpublished Manuscript. The British Journal for the History of Science , v. 4, n. 14, p. 95-107, 1968.

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