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WILLIAM THOMSON - LORD KELVIN   (1824 - 1907)


William Thomson nasceu em 26 de julho de 1824, em Belfast, Irlanda, de uma família de agricultores escoceses. Foi uma das mais ilustres figuras da ciência na era vitoriana. Criança precoce, aos 8 anos Kelvin já assistia às conferências do pai, que era matemático. Com 15 anos já estudava física na universidade de Glasgow, Irlanda. Com 19 anos leu o livro de Joseph Fourier, Teoria Analítica do Calor, e, segundo gostava de contar, em uma quinzena aprendeu tudo que continha. Aliás, seu primeiro trabalho, publicado aos 20 anos, tinha como título Expansões de Fourier de funções em séries trigonométricas.

Aos 21 anos, Thomson foi para Cambridge e, a partir de então, tornou-se um especialista em praticamente todos os campos da Física. Thomson deu importantes contribuições para a eletricidade, mas sua crença na existência de um éter como suporte para os campos eletromagnéticos foi varrida para a lata de lixo pela teoria da relatividade de Einstein.

Ainda adolescente escreveu seu primeiro trabalho nessa área. Quando esse estudo foi apresentado na filial da Royal society em Edimburgo (Escócia), onde então estudava, acharam mais conveniente que fosse lido por um professor mais velho para que a platéia não se sentisse incomodada ao assistir uma aula dada por alguém tão jovem. Com 17 anos foi estudar na universidade de Cambridge, na Inglaterra, e ao se diplomar mudou-se para a França, onde fez sua pós-graduação.

Em 1846, Kelvin aceitou a cadeira de filosofia natural na Universidade de Glasgow. Um ano depois, conheceu Joule, encontro que influenciou decisivamente a evolução de sua carreira. 

As propriedades do calor foram um dos sistemas preferidos de Kelvin. Analisou com mais profundidades as descorbertas de Jacques Charles sobre a variação de volume dos gases em função da variação da temperatura. Charles concluíra, com base em experimentos e cálculos, que à temperatura de -273ºC todos os gases teriam volume igual a zero. Kelvin propôs outra conclusão: não era o volume da matéria que se anularia nessa temperatura, mas sim a energia cinética de suas moléculas. Sugeriu então que essa temperatura deveria ser considerada a mais baixa possível e chamou-a de zero absoluto. A partir dela propôs uma nova escala termométrica, que posteriormente recebeu o nome de escala Kelvin, a qual permitiria maior simplicidade para a expressão matemática das relações entre grandezas termodinâmicas.

Em 1851 apresentou um trabalho sobre a teoria dinâmica do calor. Esta reconciliava os estudos de Sadi Carnot com as conclusões de Rumford, Davy, Mayer e Joule. Neste trabalho foi estabelecido pela primeira vez o princípio da dissipação da energia, posteriormente resumido no texto do segundo princípio da termodinâmica. Kelvin também concluiu, analisando os trabalhos do francês Carnot, que é impossível utilizar toda a energia de um sistema na forma de trabalho. Uma parte dessa energia é inevitavelmente perdida na forma de calor.

Nada na vida de William Thomson, mesmo depois como Lord Kelvin, foi rotineiro. O homem era um poço de superlativos. Quando acertava era grandioso; quando errava, errava estrondosamente. Se, por um lado, foi um dos criadores da Termodinâmica, por outro recusou-se a aceitar a existência dos átomos, opôs-se à teoria da evolução de Darwin e considerava bobagem as experiências com a radioatividade.

Encontrou meios de medir tensões e correntes nas condições mais diversas. Construiu delicados instrumentos capazes de verificar as leis da eletrostática. Durante suas numerosas viagens marítimas, percebeu o quanto eram imprecisas as bússolas, sobretudo em conseqüência da ação magnética exercida pela própria embarcação. Dedicou-se então, a partir de 1873, ao aperfeiçoamento desse instrumento e à invenção de outros. Entre eles destaca-se um aparelho capaz de calcular a amplitude das marés e uma máquina para resolver sistemas lineares algébricos.

Com sua habilidade em construir instrumentos, era lógico que o cientista viesse a interessar-se pelo telégrafo com fio, assunto que naquele momento fascinava o mundo, mas que apresentava grandes dificuldades técnicas. O problema a ser resolvido era o da ligação entre a Europa e a América por meio de cabo submarino. Em fins de 1854, Kelvin começou a apaixonar-se pelo problema, que o interessava não só por ser físico e engenheiro, mas também porque o mar o atraía. Foi por conta do sucesso de suas idéias neste trabalho que foi condecorado com o título de Lord Kelvin.

Lord Kelvin foi também responsável pela implantação do serviço telefônico na Grã-Bretanha e sua intensa atividade foi acompanhada de honrarias que culminaram, em 1892, com o título de barão Kelvin de Largs, na Inglaterra. No mesmo ano recebeu a Ordem do Mérito. Dois anos antes havia se tornado presidente da Royal Society e dois anos depois foi eleito chancellor da Universidade de Glasgow. 

Deixando mais de trezentos trabalhos publicados, o infatigável cientista morreu no dia 17 de dezembro de 1907, em Netherall, na mesma Escócia da qual haviam emigrado os seus antepassados. Seu sepultamento deu-se, com todas as honras, na Abadia de Westminster. Com sua morte, desaparecia o tipo de físico e engenheiro que havia simbolizado o século XIX e que representava o espírito otimista e empreendedor daquela época.

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É interessante expor uma das passagens da vida de William Thomson, Lord Kelvin, relatando seu triunfo ao resolver os problemas com o primeiro cabo submarino entre a Inglaterra e a América.

Na segunda metade do século XIX, o telégrafo era um sucesso quase tão grande quanto a Internet é hoje. Todos os países civilizados foram cruzados de fios carregando os sinais do código Morse. Restava ligar os países separados por oceanos e, para isso, foram lançados longos cabos submarinos atravessando o Atlântico, o Mediterrâneo e o Índico. Arthur C. Clarke descreveu o lançamento desses cabos como o equivalente vitoriano do Projeto Apolo.

Só que surgiu um problema. Enquanto os fios sobre a terra transportavam os sinais sem maiores dificuldades, os cabos submarinos, feitos de cobre e recobertos de guta-percha, eram um fracasso. O sinal enviado de uma ponta chegava do outro lado fraquíssimo, enterrado em um vigoroso ruído. E ninguém sabia explicar por quê isso acontecia.

Surge então William Thomson, professor de Física da Universidade de Glasgow, especialista em expansões de Fourier e fenômenos de transporte elétricos. Exatamente o necessário para matar a charada do cabo que não funcionava como esperado.

Thomson percebeu que o problema estava na água do mar. Um fio de telégrafo aéreo está cercado pelo ar, que é isolante. Já o cabo submarino fica rodeado de água salgada, condutora de eletricidade. A eletricidade necessária para carregar os pulsos do telégrafo polarizam as moléculas da água, cedendo energia para elas e enfraquecendo no processo. Os engenheiros achavam que a perda de intensidade no cabo seria diretamente proporcional à distância. Thomson, com seus conhecimentos mais avançados, concluiu que as perdas seriam muito mais drásticas, além de inevitáveis. 

Que fazer para resolver esse problema? Surgiram duas propostas. Uma delas, feita pelo Dr. Wildman Whitehouse, eletricista chefe da Companhia de Telégrafo Atlântico, consistia em apelar para a força bruta. Se o sinal chegava fraco, achava ele que bastaria aumentar amplamente a voltagem na entrada. Para isso, ele construiu um tremendo gerador de 2000 Volts que, supostamente, empurraria os sinais goela abaixo do cabo até a América.

William Thomson não achava essa uma boa idéia. Ele calculou que, quanto mais forte a voltagem, maiores seriam as perdas, pois mais cargas seriam polarizadas. Sugeriu, como alternativa mais segura e eficiente, manter o sinal fraco e utilizar instrumentos mais sensíveis para recebê-los. Para isso projetou e construiu vários instrumentos delicados e sensíveis, como o galvanômetro de espelho e o registrador sifonado.

Mas Thomson ainda não tinha muito prestígio e a opinião de Whitehouse prevaleceu. O tal gerador de 2000 Volts foi acionado e o resultado foi grotesco: o isolamento do cabo não aguentou o excesso de carga e rompeu em algum lugar no meio do Atlântico, transformando instantaneamente o dispendioso cabo em sucata.

Um novo cabo foi feito e lançado segundo as especificações de Thomson, com seu sistema usando galvanômetro de espelho e um monte de outros melhoramentos inventados e patenteados pelo jovem físico. Foi um tremendo sucesso; tudo funcionou perfeitamente e Thomson ficou milionário com os ganhos de suas patentes. De quebra, a rainha Vitória deu-lhe o título de Barão e Lord. A partir de então, ele passou a ser Lord Kelvin, cidadão famoso e respeitado pela elite da ciência e da nobreza.

Resumindo: vale a pena estudar direitinho a expansão em séries e integrais de Fourier.

 

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