Wilhelm Eduard Weber

Wilhelm E. Weber

SUA VIDA

Wilhelm Eduard Weber nasceu em Wittenberg, Alemanha, em 24 de outubro de 1804. Filho de Michael Weber, professor de teologia da Universidade de Wittenberg, Weber teve ao todo 11 irmãos, sendo que apenas ele, e outros quatro chegaram à vida adulta. Ernst Heirich Weber, quase 10 anos mais velho que Wilhelm Weber, se tornou um professor famoso na Universidade de Leipzig, nas áreas de anatomia e fisiologia. Também seu irmão um ano mais novo, Eduard, tornou-se professor de anatomia em Leipzig. Seu primeiro trabalho científico é publicado em 1825 e trata de investigações experimentais sobre ondas sonoras e acústicas realizadas com seu irmão Ernst Heinrich. Cursou física e defendeu seu doutorado em 1826, sob a orientação do físico J. S. C Schweigger. Obteve sua habilitação para exercer o cargo de professor universitário em 1827, com um trabalho sobre osciladores acoplados. Tanto neste trabalho quanto no de tese, Weber desenvolveu não apenas a teoria do processo envolvido, mas principalmente realizou experimentos detalhados para testar as teorias e modelos.

Começou a dar aulas na Universidade de Halle, 1828. No final desse ano foi a um congresso em Berlin, organizado por Alexander Von Humboldt e lá apresentou seu trabalho de tese, que atraiu a atenção de Humboldt e Karl Friedrich Gauss. Gauss já era então um matemático renomado internacionalmente, e há 20 anos professor na Universidade de Gottingen. Humboldt havia interessado Gauss em geomagnetismo e ambos viram no jovem e habilidoso físico experimental Weber, um grande aliado. Para que a colaboração entre ambos pudesse ser efetivada era necessário obter uma posição para Weber em Gottingen. Isto ocorreu em 1831 quando foi aberta uma vaga de professor, e durante seis anos, de 1831 a 1837, Weber ficou trabalhando em Gottingen juntamente com Gauss.

Em 1837, Victoria tornou-se rainha da Inglaterra, e seu tio, Ernst August, o novo rei revogou a constituição liberal existente e isto provocou uma reação de protesto por parte de alguns professores. Weber estava entre os sete professores de Gottingen que assinaram uma declaração de protesto, e isso fez com que os mesmo perdessem seus cargos.

Em 1843, Weber assumiu o cargo de professor de física na Universidade de Leipzig, onde já trabalhavam seus dois irmãos. Permaneceu em Leipzig entre 1843 e 1848, sendo este o período em que desenvolveu suas principais pesquisas teóricas em eletricidade, sua teoria corpuscular da eletricidade, das correntes elétricas e até mesmo do éter. Em 1846 publicou o primeiro dos seus Elektrodynamische Maassbestimmungen (Medições Eletrodinâmicas), no qual apresenta sua famosa lei de força entre as cargas elétricas. Esta lei é essencialmente a de Coulomb, adicionada de termos que dependem da velocidade e aceleração relativa entre as cargas interagentes. Com esta lei foi possível deduzir a lei de Ampère para a força entre elementos de corrente, e também a lei de indução de Faraday. Em 1848 Weber voltou ao seu antigo posto na Universidade de Gottingen.

Nesse período, Weber tornou-se diretor do observatório astronômico e passou a trabalhar em colaboração mais ativa cm Rudolph Kohlrausch, um amigo antigo. Em 1856, juntamente com Kohlrausch, mede a razão entre as unidades eletromagnéticas e eletrostáticas de carga, coisa que nunca havia sido feita antes. O valor obtido, 3,1 x 10⁸ m/s, essencialmente o mesmo valor que a velocidade da luz, que já era conhecida desde os tempos de Roemer (1675), foi a primeira indicação quantitativa precisa sobre a ligação profunda que devia haver entre i eletromagnetismo e a óptica. Este valor foi usado por Maxwell em favor de sua própria teoria eletromagnética. Isso porque a constante c que aparece na força de Weber, e que tem este valor, é a mesma induzida por Maxwell em suas equações.

Weber continuou trabalhando com eletrodinâmica e estrutura da matéria, ate se aposentar na década de 1870/80. Morreu aos 86 anos, em 23 de Junho de 1891, enquanto passeava calmamente no jardim de sua casa em Gottingen.

SUA OBRA

Suas pesquisas em eletromagnetismo têm início no período de 1831 a 1837 com Gauss. Em 1832, Gauss escreve um trabalho famoso, no qual foi auxiliado por Weber, e que introduz as unidades de medidas absolutas no magnetismo (Woodruff, 1980). Este é o nome que se dá a medidas da intensidade de uma propriedade magnética usando apenas medidas de comprimento, tempo e massa. Com isso as medidas se tornaram reproduzíveis em qualquer parte do mundo. E este foi um dos assuntos no qual Weber se tornou um grande especialista, sendo respeitado mundialmente.

Em 1840 introduziu unidades absolutas de corrente elétrica e mediu a quantidade de água decomposta por uma unidade de corrente em um segundo. Já em 1852 definiu a unidade absoluta de resistência elétrica e mostrou por que isto era melhor do que o padrão de resistência preparado por M. H. Von Jacobi em 1846. Weber iniciou com Gauss uma organização para criar uma rede de observatórios magnéticos (magnetismo terrestre). Alem disso, em 1833, criaram um telégrafo elétrico que foi o primeiro no mundo a ser operado regularmente. Weber desenvolveu também sensíveis magnetômetros e outros instrumentos de medição magnéticas.

É a partir de sua ida a Leipzig, em 1843, que se inicia a fase mais importante e criativa da carreira científica de Weber. Já eram conhecidas na época a lei de Coulomb para eletrostática (1785), a lei de Ampère para força entre elementos de corrente (1823) e a lei de indução de Faraday (1831). Na época de Weber não se sabia qual era a natureza intima da corrente elétrica de condução em metais, e para muitos esta era um fluido elétrico que nada tinha a ver com a eletrostática.

Em 1845, Fechner publica um trabalho semiquantitativo onde mostra que as leis de Ampère e de Faraday podem ser deduzidas supondo-se que as correntes elétricas são constituídas de cargas positivas se movendo num sentido e negativas no outro, desde que se acrescente à lei de Coulomb termos dependentes da velocidade e da aceleração. Neste mesmo trabalho anuncia o trabalho de Weber, que viria em seguida, provando detalhadamente essas idéias. Em seu primeiro “Medições Eletrodinâmicas”, de 1846, Weber anuncia sua famosa lei de força, e esta diz que a força de uma carga elétrica pontual q₂ sobre uma carga q₁ é dada por:

Weber chegou nesta lei a partir da força de Ampère entre elementos de corrente, fazendo a suposição de que estes são cargas elétricas em movimento, isto é:

Supondo as duas leis no sistema internacional de unidades segue-se que a constante c que aparece na lei de Weber é dada por (µ₀ Є₀)^-½ . Esta constante nunca havia sido medida, e em 1846 Weber deixou indeterminado. Esta constante, a razão entre as unidades eletromagnéticas e eletrostáticas de carga, foi medida pela primeira vez pelo próprio Weber, com a colaboração de Kohlrausch, entre 1855 e 1856. Este trabalho foi publicado em 1857, e mostrou que (µ₀ Є₀)^-½ = 3,1 x 10⁸ m/s, muito próximo ao valor da velocidade da luz, já conhecida na época. É ainda no seu trabalho de 1846 que Weber introduz seu famoso eletrodinamômetro, um instrumento desenvolvido para medidas precisas de forças elétricas com o qual testou e confirmou minuciosamente a força de Ampère. Weber conseguiu ainda, derivar a partir de sua força, a lei de indução de Faraday. Conseqüentemente, todo o eletromagnetismo conhecido na época podia ser derivado e deduzido, desde que se assumisse a lei de Weber.

Em 1848 Weber apresentou sua energia potencial generalizada, com a qual podia derivar sua força, dada por:

Novamente esta é a precursora de todas as energias generalizadas, que dependem não apenas da distancia entre os corpos mais também de suas velocidades. Weber apresenta também sua Lagrangeana, L = T – V, onde V é dada por:

Apesar disto, durante muito tempo se acreditou que a lei de Weber não satisfazia ao principio de conservação de energia. O principal motivo para esta crença é que em 1847 havia aparecido o grande trabalho de Helmholtz sobre conservação de energia. Neste trabalho ele havia mostrado que forças que dependiam das posições e velocidades dos corpos não podiam satisfazer a este principio. Contudo, as duvidas só foram sanadas completamente depois dos trabalhos de Weber de 1869 e 1871. Este ultimo é seu sexto “Medidas Eletrodinâmicas”, neste Weber mostra que T + U é uma constante. Pelo seu caráter pioneiro e por seu grande poder de síntese, as expressões de Weber para a força e energia entre duas cargas elétricas exerceram uma grande influencia na física.

REFERÊNCIAS

ASSIS, André K. T. Wilhelm Eduard Weber (1804-1891), sua vida e sua obra. Revista da SBHC, V. 5, p. 53-59, 1991 (http://www.mast.br/arquivos_sbhc/213.pdf)

Universidade Federal de Campina Grande, Departamento de Engenharia Civil (http://www.dec.ufcg.edu.br/biografias/WilheEdu.html)

BASSALO, José Maria Filardo. A Crônica da Física do Estado Sólido: IV. Magnetismo. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 16, n^os (1-4), 1994.Universidade Federal do Pará, Departamento de Física. (http://fisica.ufmt.br/curso/material/artigos/Historia%20do%20Magnetismo.pdf)

Autores:
Dárcio Leitão Quintas

Hartus Gonçalves Barbosa