Henry Cavendish

Primeira vidaEditar

Henry Cavendish nasceu a 10 de Outubro de 1731 em Nice, onde a sua família vivia na altura. Sua mãe era Lady Anne de Grey, quarta filha de Henry Grey, 1º Duque de Kent, e seu pai era Lord Charles Cavendish, o terceiro filho de William Cavendish, 2º Duque de Devonshire. A família traçou sua linhagem através de oito séculos até os tempos normandos, e estava intimamente ligada a muitas famílias aristocráticas da Grã-Bretanha. A mãe de Henrique morreu em 1733, três meses após o nascimento de seu segundo filho, Frederico, e pouco antes do segundo aniversário de Henrique, deixando Lorde Charles Cavendish para criar seus dois filhos. Henry Cavendish foi chamado de “O ilustre Henry Cavendish”.

Desde os 11 anos de idade Henry frequentou a Newcome’s School, uma escola privada perto de Londres. Aos 18 anos de idade (a 24 de Novembro de 1748) entrou na Universidade de Cambridge no St Peter’s College, agora conhecido como Peterhouse, mas saiu três anos mais tarde, a 23 de Fevereiro de 1751, sem tirar um diploma (na altura, uma prática comum). Ele então viveu com seu pai em Londres, onde logo teve seu próprio laboratório.

Lord Charles Cavendish passou sua vida primeiro na política e depois cada vez mais na ciência, especialmente na Royal Society of London. Em 1758, ele levou Henrique a reuniões da Royal Society e também a jantares do Clube da Royal Society. Em 1760, Henry Cavendish foi eleito para estes dois grupos, e foi assíduo na sua presença depois disso. Ele praticamente não participava da política, mas seguia seu pai na ciência, através de suas pesquisas e sua participação em organizações científicas. Foi activo no Conselho da Royal Society of London (para o qual foi eleito em 1765).

O seu interesse e especialização no uso de instrumentos científicos levaram-no a dirigir um comité para rever os instrumentos meteorológicos da Royal Society e ajudar a avaliar os instrumentos do Observatório Royal Greenwich. O seu primeiro trabalho, Factitious Airs, apareceu em 1766. Outros comités em que serviu incluíram o comité de artigos, que escolheu os artigos para publicação nas Transacções Filosóficas da Royal Society, e os comités para o trânsito de Vénus (1769), para a atracção gravitacional das montanhas (1774), e para as instruções científicas da expedição de Constantino Phipps (1773) em busca do Pólo Norte e da Passagem do Noroeste. Em 1773, Henrique juntou-se ao seu pai como curador eleito do Museu Britânico, ao qual dedicou muito tempo e esforço. Logo após a criação da Instituição Real da Grã-Bretanha, Cavendish tornou-se gerente (1800) e interessou-se ativamente, especialmente no laboratório, onde observou e ajudou nas experiências químicas de Humphry Davy.

Pesquisa químicaEditar

Aparelho de Cavendish para fazer e recolher hidrogénio

Sobre a hora da morte do seu pai, A Cavendish começou a trabalhar de perto com Charles Blagden, uma associação que ajudou Blagden a entrar plenamente na sociedade científica de Londres. Em troca, Blagden ajudou a manter o mundo à distância da Cavendish. Cavendish não publicou livros e poucos trabalhos, mas conseguiu muito. Várias áreas de pesquisa, incluindo mecânica, ótica e magnetismo, aparecem amplamente em seus manuscritos, mas dificilmente aparecem em seus trabalhos publicados. Cavendish é considerado um dos chamados químicos pneumáticos dos séculos XVIII e XIX, juntamente, por exemplo, com Joseph Priestley, Joseph Black, e Daniel Rutherford. Cavendish descobriu que um gás definido, peculiar e altamente inflamável, ao qual ele se referiu como “Ar Inflamável”, era produzido pela ação de certos ácidos sobre certos metais. Este gás era hidrogênio, que Cavendish corretamente adivinhou ser proporcionado dois a um na água.

Embora outros, como Robert Boyle, tivessem preparado o gás hidrogênio mais cedo, Cavendish geralmente recebe o crédito por reconhecer a sua natureza elementar. Em 1777, Cavendish descobriu que o ar exalado pelos mamíferos é convertido em “ar fixo” (dióxido de carbono), e não em “ar sofisticado”, como previsto por Joseph Priestley. Além disso, ao dissolver os álcalis nos ácidos, Cavendish produziu dióxido de carbono, que ele coletou, juntamente com outros gases, em garrafas invertidas sobre a água ou mercúrio. Ele então mediu sua solubilidade na água e sua gravidade específica, e notou sua combustibilidade. Ele concluiu em seu documento “Considerações Gerais sobre Ácidos” de 1778 que o ar respirável constitui a acidez. Cavendish foi premiado com a Medalha Copley da Royal Society por este trabalho. A química dos gases teve uma importância crescente na segunda metade do século XVIII, e tornou-se crucial para a reforma da química do francês Antoine-Laurent Lavoisier, geralmente conhecida como a revolução química.

Em 1783, Cavendish publicou um artigo sobre eudiometria (a medida da bondade dos gases para a respiração). Ele descreveu um novo eudiómetro da sua invenção, com o qual obteve os melhores resultados até à data, utilizando o que em outras mãos tinha sido o método inexacto de medir os gases através da sua pesagem. Então, após a repetição de uma experiência de 1781, realizada por Priestley, Cavendish publicou um artigo sobre a produção de água pura através da queima de hidrogênio em “ar dephlogisticated” (ar em processo de combustão, agora conhecido como oxigênio).Cavendish concluiu que, em vez de ser sintetizada, a queima de hidrogênio fez com que a água fosse condensada a partir do ar. Alguns físicos interpretaram o hidrogênio como phlogiston puro. Cavendish relatou suas descobertas a Priestley até março de 1783, mas não as publicou até o ano seguinte. O inventor escocês James Watt publicou um artigo sobre a composição da água em 1783; surgiu uma controvérsia sobre quem fez a descoberta primeiro.

Em 1785, Cavendish investigou a composição do ar comum (ou seja, atmosférico), obtendo resultados impressionantemente precisos. Ele conduziu experimentos nos quais hidrogênio e ar comum foram combinados em proporções conhecidas e depois explodiram com uma centelha de eletricidade. Além disso, ele também descreveu um experimento no qual ele foi capaz de remover, em terminologia moderna, tanto o oxigênio quanto os gases nitrogênio de uma amostra de ar atmosférico até que apenas uma pequena bolha de gás não reagido fosse deixada na amostra original. Usando suas observações, Cavendish observou que, quando ele determinou as quantidades de ar (nitrogênio) e ar (oxigênio) deshlog sofisticado, permaneceu um volume de gás equivalente a 1/120 do volume original de nitrogênio, concluindo que “o ar comum consiste de uma parte de ar deshlog sofisticado, misturado com quatro de ar deshlog sofisticado”.

Nos anos 1890 (cerca de 100 anos depois) dois físicos britânicos, William Ramsay e Lord Rayleigh, perceberam que seu gás inerte recentemente descoberto, o argônio, era responsável pelo resíduo problemático de Cavendish; ele não tinha cometido nenhum erro. O que ele tinha feito era realizar experiências quantitativas rigorosas, usando instrumentos e métodos padronizados, visando resultados reprodutíveis; tomar a média do resultado de várias experiências; e identificar e permitir fontes de erro. O balanço que ele utilizou, feito por um artesão chamado Harrison, foi o primeiro dos balanços de precisão do século XVIII, e tão preciso quanto o de Lavoisier (que foi estimado para medir uma parte em 400.000). Cavendish trabalhou com seus fabricantes de instrumentos, geralmente melhorando instrumentos existentes ao invés de inventar instrumentos totalmente novos.

Cavendish, como indicado acima, usou a linguagem da velha teoria do clogistão na química. Em 1787, ele se tornou um dos primeiros fora da França a se converter à nova teoria antiflogística de Lavoisier, embora tenha permanecido cético quanto à nomenclatura da nova teoria. Ele também se opôs à identificação de Lavoisier como tendo uma base material ou elementar. Trabalhando no âmbito do mecanismo newtoniano, Cavendish abordou o problema da natureza do calor na década de 1760, explicando o calor como resultado do movimento da matéria.

Em 1783, ele publicou um artigo sobre a temperatura em que o mercúrio congela e nesse artigo fez uso da idéia de calor latente, embora ele não tenha usado o termo porque ele acreditava que isso implicava a aceitação de uma teoria material do calor. Ele deixou suas objeções explícitas em seu artigo de 1784 sobre o ar. Ele passou a desenvolver uma teoria geral do calor, e o manuscrito dessa teoria tem sido persuasivamente datado do final da década de 1780. Sua teoria foi ao mesmo tempo matemática e mecânica: continha o princípio da conservação do calor (mais tarde entendido como uma instância de conservação de energia) e até incluía o conceito (embora não o rótulo) do equivalente mecânico do calor.

Densidade da TerraEditar

Na sequência da morte de seu pai, Henry comprou outra casa na cidade e também uma casa em Clapham Common (construída por Thomas Cubitt), naquela época ao sul de Londres. A casa de Londres continha a maior parte da sua biblioteca, enquanto ele guardava a maioria dos seus instrumentos em Clapham Common, onde realizou a maior parte das suas experiências. A mais famosa dessas experiências, publicada em 1798, foi a de determinar a densidade da Terra e ficou conhecida como a experiência Cavendish. O aparelho Cavendish usado para pesar a Terra foi uma modificação da balança de torção construída pelo inglês e geólogo John Michell, que morreu antes que ele pudesse começar a experiência. O aparelho foi enviado em caixas para Cavendish, que completou o experimento em 1797-1798 e publicou os resultados.

O aparelho experimental consistia de uma balança de torção com um par de esferas de chumbo de 2 polegadas e 1,61 libras suspensas do braço de uma balança de torção e duas bolas de chumbo estacionárias muito maiores (350 libras). O Cavendish pretendia medir a força de atração gravitacional entre as duas. Ele notou que o aparelho de Michell seria sensível a diferenças de temperatura e correntes de ar induzidas, então ele fez modificações isolando o aparelho em uma sala separada com controles externos e telescópios para fazer observações.

Utilizando este equipamento, Cavendish calculou a atração entre as esferas do período de oscilação do balanço de torção, e então ele usou este valor para calcular a densidade da Terra. Cavendish descobriu que a densidade média da Terra é 5,48 vezes maior do que a da água. John Henry Poynting notou mais tarde que os dados deveriam ter levado a um valor de 5,448, e de fato esse é o valor médio das vinte e nove determinações que Cavendish incluiu em seu trabalho. O que era extraordinário no experimento de Cavendish era sua eliminação de toda fonte de erro e de todo fator que pudesse perturbar o experimento, e sua precisão em medir uma atração surpreendentemente pequena, uma mera 1/50.000.000 do peso das bolas de chumbo. O resultado que Cavendish obteve para a densidade da Terra está dentro de 1% do valor atualmente aceito.

O trabalho de Cavendish levou outros a valores precisos para a constante gravitacional (G) e para a massa da Terra. Com base em seus resultados, pode-se calcular um valor para G de 6,754 × 10-11N-m2/kg2, que se compara favoravelmente com o valor moderno de 6,67428 × 10-11N-m2/kg2,

Livros descrevem frequentemente o trabalho de Cavendish como uma medida de G ou da massa da Terra. Como estas estão relacionadas com a densidade da Terra por uma teia trivial de relações algébricas, nenhuma destas fontes está errada, mas não correspondem à escolha exata da palavra Cavendish, e este erro foi apontado por vários autores. O objetivo declarado de Cavendish era medir a densidade da Terra, embora seu resultado obviamente calcule G para fazê-lo.

A primeira vez que a constante recebeu este nome foi em 1873, quase 100 anos após a experiência de Cavendish, mas a constante estava em uso desde a época de Newton. Os resultados de Cavendish também dão a massa da Terra.

Pesquisa elétricaEditar

As experiências elétricas e químicas de Cavendish, como as do calor, tinham começado enquanto ele vivia com seu pai em um laboratório na casa deles em Londres. Lord Charles Cavendish morreu em 1783, deixando quase toda a sua propriedade muito substancial para Henry. Tal como a sua teoria do calor, a teoria abrangente de Cavendish da electricidade era matemática na forma e baseava-se em experiências quantitativas precisas. Ele publicou uma versão inicial de sua teoria em 1771, baseada em um fluido elétrico expansivo que exercia pressão. Ele demonstrou que se a intensidade da força elétrica fosse inversamente proporcional à distância, então o fluido elétrico mais do que o necessário para a neutralidade elétrica estaria na superfície externa de uma esfera eletrificada; então ele confirmou isso experimentalmente. Cavendish continuou a trabalhar com eletricidade depois deste trabalho inicial, mas não publicou mais sobre o assunto.

Cavendish escreveu artigos sobre tópicos elétricos para a Royal Society, mas a maior parte de seus experimentos elétricos não se tornaram conhecidos até que foram coletados e publicados por James Clerk Maxwell um século depois, em 1879, muito depois de outros cientistas terem sido creditados com os mesmos resultados. Os trabalhos elétricos de Cavendish das Transações Filosóficas da Royal Society of London foram reimpressos, juntamente com a maioria de seus manuscritos elétricos, em The Scientific Papers of the Honourable Henry Cavendish, F.R.S. (1921). De acordo com a edição de 1911 da Encyclopædia Britannica, entre as descobertas de Cavendish estava o conceito de potencial elétrico (que ele chamou de “grau de eletrificação”), uma unidade inicial de capacitância (a de uma esfera de uma polegada de diâmetro), a fórmula para a capacitância de um condensador de placa, 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 da corrente em circuitos paralelos (agora atribuída a Charles Wheatstone), e a lei do quadrado inverso da variação da força elétrica com a distância, agora chamada Lei de Coulomb.

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MorteEditar

Cavendish morreu em Clapham em 24 de fevereiro de 1810 (como um dos homens mais ricos da Grã-Bretanha) e foi enterrado, junto com muitos de seus antepassados, na igreja que agora é a Catedral de Derby. A estrada em que ele vivia em Derby recebeu o seu nome. O Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge foi dotado por um dos parentes mais recentes de Cavendish, William Cavendish, 7º Duque de Devonshire (Chanceler da Universidade de 1861 a 1891).