Volta,
do electróforo perpétuo à pilha
Lidia Falomo e Fabio Bevilacqua
Tradução: Sílvia Duarte
Na primeira metade do século XVIII, os fenómenos maravilhosos e excitantes,
conquistam toda a Europa. Multiplicam-se as experiências e “electriza-se” tudo,
dos objectos de utilização corrente ao corpo humano, das mesas de banquete às
jovens damas, que dão beijos eléctricos e picantes, e até às crianças que jogam a
mão a objectos leves e que, por vezes, estão de tal forma electrizados que o seu
corpo fica aureolado de luz – como vemos os santos pintados da sua Glória.
Pessoas da bricolage, amadores e mesmo certos físicos “electrizantes” começam
a frequentar os salões ou saem para a rua para praticar actividades de
vulgarização e de divertimento. “Vulgarizar divertindo” é mesmo considerado como
um dever para os cientistas.
Melhoram-se incessantemente máquinas susceptíveis de produzir, depois de
esfregar com os instrumentos apropriados, electricidade estática – aquela que,
nos dias ventosos e secos, produz uma descarga quando tocamos no nosso carro,
ou que podemos produzir, por exemplo, esfregando com um bocado de lã um
objecto de vidro. Paralelamente, começamos a formular as primeiras teorias que
explicam os fenómenos observados.
É então que acontece um facto verdadeiramente prodigioso, que ficará conhecido
para a posterioridade como a «experiência de Leyde», a partir do nome da cidade
dos Países Baixos onde teve lugar. Em 1745, Ewald Jürgen von Kleist,
eclesiástico e cientista amador alemão electriza um fio metálico colocado no
interior de um recipiente que continha álcool e um pouco de mercúrio, segurandoo
na mão: quando com a outra mão, toca no fio, recebe um terrível abanão. Algum
tempo depois, a advogado Andreas Cuneus, conhecido de Petrus Van
Musschenbroek, professor de matemática e de física em Leyde (de quem
falaremos), que tentava electrizar água por intermédio de um fio metálico, em
contacto com uma máquina electrostática, é vítima da mesma desventura.
Segurando a garrafa na mão, de acordo com a regra em vigor que preconizava
posá-la num suporte isolador, tinha tocado com a outra mão no fio em parte
mergulhado na água.
A garrafa da experiência de Leyde, mais precisamente o sistema formado pela
mão que segura a garrava, o copo e a água, constituiu assim o primeiro
condensador da história da electricidade, isto é, o primeiro dispositivo capaz de
acumular e guardar, por um tempo limitado, electricidade – a qual, escapando-se
bruscamente, produz descargas muito violentas. Foi percebido, rapidamente, que
a água ou os outros líquidos e a mão desempenhavam apenas o papel de
condutores e podiam assim ser substituídas por outros condutores, por exemplo,
por um revestimento metálico que aderisse às paredes do copo. Começou-se
pouco depois a mudar a forma do próprio condensador e, em vez de garrafas,
utilizava-se placas de vidro cobertas de lamelas metálicas.
A experiência de Leyde foi um marco muito importante na história da electricidade
porque estimulou a realização de um grande número de experiências sempre
espectaculares e fascinantes, e a aparição de teorias que visavam explicar porque
é que era possível “condensar” tanta electricidade.
É precisamente em 1745 que nasce, em Como, na Itália, Alexandre Volta, um dos
grandes actores da cultura científica do século XVIII. Desde jovem que consagra
uma boa parte do seu tempo ao estudo de fenómenos naturais. Depois de uma
formação clássica, prossegue, como autodidacta, o interesse sobretudo por
fenómenos eléctricos.
Ele lê os textos de Petrus Van Musschenbroek, Jean-Antoine Nollet, abade e físico
francês, e Giambatista Beccaria, eclesiástico e sábio italiano, três dos mais
famosos investigadores da época no domínio da electricidade. Com apenas
dezoito anos, Volta começa a corresponder-se com Nollet e Beccaria, a quem
expõe corajosamente as suas próprias teorias. Dois anos mais tarde, tem a
oportunidade de poder utilizar, para as suas próprias experiências, o gabinete de
física que o seu amigo Cesare Gattoni construiu em Como. Comunica então a
Beccaria os seus primeiros resultados, obtidos em 1765: continua a corresponderse
com ele até 1769, ano da publicação de De vi attractiva ignis electrici, uma
memória em latim, em forma de carta aberta, dirigida a Beccaria. Aqui expõe a sua
discordância com as teorias do electrofísico de Turim, particularmente a mais
recente, que para ele é muito importante: “ a electricidade vingadora”. As
discordâncias de interpretação parecem estimular particularmente o orgulho e a
aplicação de Volta: da discussão científica com Beccaria, que durará vários anos,
nascerá a sua primeira invenção, em 1775, o electróforo perpétuo; também da
divergência com o médico e físico bolonhês Luigi Galvani sobre a “electricidade
animal” nascerá a última invenção, a pilha. O electróforo dar-lhe-á a popularidade,
a pilha uma “glória imortal”. Mas examinemos um pouco mais detalhadamente
estes dois aparelhos e o processo que conduziu Volta à sua invenção.
Segundo a teoria de Beccaria, quando se coloca um isolador e um condutor em
contacto, estando o primeiro carregado positivamente e o segundo negativamente
– dizia-se, segundo a teoria mais divulgada na época, que o primeiro possuía mais
“fluído eléctrico” no estado natural e que o segundo não o tinha – as suas
electricidades respectivas, contrárias, anulam-se. No momento em que os
separamos, o isolador “reivindica para si” e retoma a sua electricidade original
subtraindo-a do condutor, que se encontra novamente carregado negativamente.
Opondo-se firmemente a esta interpretação, Volta defende que a electricidade
presente no condutor e no isolador quando estão separados não desaparece
quando estão juntos, o contacto entre os dois corpos anula os “sinais exteriores”
de electricidade, e não a própria electricidade.
Para demonstrar a sua teoria, recorreu ao “quadro de Franklin», a partir do nome
do sábio e homem político americano Benjamin Franklin – este instrumento, de
princípio análogo ao da garrafa de Leyde, é constituído por um placa de vidro, em
cujos lados são aplicadas duas lamelas metálicas muito finas. Para evidenciar
mais a sua teoria, Volta dá ao seu instrumento modificações importantes: substitui
o vidro por uma camada de resina (esta conserva durante mais tempo a
electricidade deposta na sua superfície), que cola a um disco condutor (o qual
substitui a armação inferior), e troca a armação superior por uma tampa
arredondada (uma forma que permite uma dissipação menos importante de
electricidade). Esta tampa de metal ou de madeira metalizada, mais leve e
manejável, está munida de um puxador isolador “para a poder levantar
comodamente e pousá-la”. O novo instrumento, anunciado em 1775 numa carta a
Joseph Priestley, parece corresponder magnificamente aos pressupostos teóricos
de Volta: quando a camada de resina está carregada por contacto, ela conserva
bem a electricidade que lhe foi transmitida; quando a tampa e o disco são, por
uma simples pressão do dedo, postos em contacto com a Terra, a electricidade da
camada de resina, longe de desaparecer, como diz Beccaria, permanece por
aderência, induzindo, “para que haja um certo equilíbrio”, electricidades contrárias
na tampa e no disco. Levantada, a tampa revela-se electrificada. Uma vez
descarregada, pode novamente ser pousada sobre a camada de resina, tocada
(quer dizer, ligada à Terra) e recarregada. Repetindo as mesmas operações, a
tampa pode continuar a fornecer electricidade durante longos períodos, o que,
como escreveu Volta, “me surpreendeu e a todos os que, até agora, assistiram a
tal espectáculo” e vale ao aparelho o nome de “electróforo perpétuo”.
Simples e compacto, o electróforo permite ter à disposição, praticamente a
qualquer instante e sem exigir o esfregamento contínuo necessário das outras
máquinas electrostáticas, uma grande quantidade de electricidade estática: o seu
sucesso é grande e é rapidamente utilizado em todos os gabinetes de física
europeus.
Se o funcionamento do electróforo suscita a surpresa de Volta e dos outros
espectadores, esta surpresa não é nada comparada com a que é suscitada pela
pilha, o “novo dispositivo de choque (eléctrico), que causou tanto espanto a todos
os físicos e mim tanta satisfação”. Se a electricidade trazida e fornecida
discretamente pelo electróforo é perpétua, na pilha é o movimento do fluído
eléctrico que é perpétuo: “Esta circulação incessante do fluído eléctrico [este
movimento perpétuo] pode parecer paradoxal, pode não ser explicável: mas ela
não é menos verdadeira e real”. Na comunicação que dava conta da invenção do
seu novo aparelho, Volta insiste, antes de empregar o adjectivo “perpétuo” (termo
que tem uma significação tão forte em física), no sentimento de “estupefacção”, de
maravilhoso, como para justificar a utilização de um termo que pode certamente
atrair para si críticas, mas que, ao mesmo tempo, o enche de orgulho.
Vejamos agora como se chegou lá. Como já dissemos mais acima, a pilha foi o
resultado da famosa controvérsia que opôs Volta a Galvani, controvérsia que
envolveu toda a comunidade científica (e não só!) na última década do século
XVIII.
Tudo começa em 1791, ano em que Galvani publica uma memória destinada a
suscitar uma grande surpresa, o Commentarius de viribus electricitatis in motu
musculari. Aqui descreve as experiências que, realizadas durante vários anos, o
conduziram a supor a existência própria aos animais. Entre as experiências
relatadas, a mais significativa, para o que se vai seguir, é aquela em que as pata
de uma rã sem cérebro, esfolada e preparada apresentam contracções visíveis
quando colocamos em contacto um nervo e um músculo utilizando um pequeno
arco metálico, e mais particularmente quando este era formado por dois metais
diferentes.
Para Galvani, a experiência demonstra a presença de uma electricidade animal,
que parte do cérebro, propaga-se através dos nervos e acumula-se nos músculos.
Cada fibra muscular é semelhante a uma pequena garrafa de Leyde: o nervo
exerce a mesma função que o fio metálico, que penetra na garrafa enquanto que
sobre as paredes musculares se acumula uma dupla electricidade (positiva e
negativa). A comunicação entre as duas paredes produzida pelo pequeno arco
(semelhante àquela produzida pelo nervo, quando em contacto directo com o
músculo) provoca a descarga e a contracção dos músculos.
Volta lê o Commentarius em Março de 1792 e, inicialmente, é entusiasta.
Reproduz as experiências de Galvani, procura definir qual poderá ser a
electricidade artificial mínima susceptível de provocar as contracções dos
membros da rã e descobre que é muito fraca: a rã comporta-se então como um
revelador extremamente sensível de electricidade. Ao fim de dois meses, começa
a prestar atenção ao papel desempenhado nas contracções pelo contacto entre
dois metais diferentes e chega muito depressa à afirmação de que metais
diferentes postos em contacto são, não só condutores (o que já se sabia), mas
também motores de electricidade: «Têm no sentido restrito estimulantes e
motores”. As contracções dos músculos da rã não se devem, como o diz Galvani,
à electricidade animal acumulada nos músculos e posta em circulação através do
pequeno arco que une o nervo e o músculo, mas sim à electricidade comum,
muito fraca, gerada na pata pelo contacto dos dois metais que formam o arco.
Aplicando o arco bimetálico sobre os seus olhos e a sua língua, Volta demonstra,
“pagando com a própria língua”, que o contacto entre dois metais diferentes
produz electricidade e pode excitar os nervos.
Prosseguindo o debate, Galvani chega a obter contracções das patas das rãs
colocando em contacto apenas o nervo e o músculo (sem recorrer a metais). Volta
reage formulando a hipótese que os corpos húmidos podem também eles
transportar o fluído eléctrico: “ É a diversidade dos condutores que é necessária.”
Era impossível desempatar as duas hipóteses, dificuldade que Galvani resumiu
assim: “Ele afirma que esta electricidade é a mesma que é comum a todos os
corpos; e eu que ela é particular e própria ao animal; ele estabelece a causa do
desequilíbrio nos artifícios que se utilizam, e precisamente na diferença dos
metais; eu na máquina animal; em suma, ele atribui tudo aos metais, nada ao
animal; eu, tudo a este e nada aos outros, se apenas tomarmos em conta
desequilíbrio.»
Em 1796, Volta consegue, servindo-se de um instrumento que ele próprio
inventou, o electrómetro condensador, medir a tensão produzida nas extremidades
de um par de discos feitos de metais diferentes – no seu programa de
investigação, Volta utiliza abundantemente as analogias entres as diversas
disciplinas da física, procurando leis e princípios unificadores: assim, compara a
tensão (que para ele representa a grandeza intensiva envolvida nos fenómenos
eléctricos), na pressão e na temperatura dos fenómenos pneumáticos e térmicos.
Galvani, com uma experiência publicada em 1797, obtém contracções das duas
patas da rã, dissociadas uma da outra. Colocando o nervo de uma em contacto
com o da outra, dobrado sob forma de um pequeno arco, ele elimina a hipótese do
contacto entre dois corpos húmidos diferentes. A sua experimentação, que pode
ser considerada como o ponto de partida da electrofisiologia, passa no entanto
quase despercebida. Por seu lado, Volta tenta multiplicar os efeitos que já obteve
sobrepondo pares de discos de dois metais diferentes (cobre e estanho, ou
melhor, prata e zinco) e, no final do ano de 1799, consegue, introduzindo entre os
pares de discos um condutor húmido (um disco de cartão, ou de um outro
material, embebido de água salgada ao acidificada): é a pilha.
Ele anuncia a sua descoberta a 20 de Março de 1800 numa carta a sir Joseph
Banks, presidente da Royal Society de Londres, a mais prestigiada academia
científica da época. Volta nomeia várias vezes o aparelho “órgão eléctrico
artificial”, e descreve-o como “idêntico no fundo [...] e mesmo como o acabo de
construir, pela forma, ao órgão eléctrico natural do torpedo, da enguia eléctrica,
etc.». Ele pensa que a realização de um “torpedo artificial” pode demonstrar que
mesmo a electricidade produzida pelos “peixes eléctricos” – que Galvani
considerava como uma prova incontestável da existência de electricidade animal –
é electricidade “comum”. A ideia de construir uma máquina que imita o órgão
eléctrico do torpedo foi sugerida a Volta pelo químico e físico inglês William
Nicholson. Observando a configuração deste órgão, formado por um grupo de
colunas, cada uma composta por uma sobreposição de pequenas lâminas,
Nicholson tinha sugerido a possibilidade de empilhar os electróforos. Seguindo a
sua teoria, Volta compara estas colunas a uma série de pares de condutores
diferentes sobrepostos de tal forma que os efeitos de cada par se acumulam.
A característica da pilha, bem além do que ela devia demonstrar, é a circulação
contínua do líquido eléctrico que ela produz, propriedade em que Volta insiste na
sua missiva a Banks. Esta característica distingue a pilha de todos os aparelhos
da época, que não podiam produzir, uma vez carregados, mais do que breves
descargas eléctricas. A electricidade produzida pela pilha provém de um
fenómeno químico e encontra-se então, ironia do destino, bem diferente da
electricidade “comum” que conhecíamos então – ironia do destino novamente,
será qualificada de “galvânica”.
Mas como é esta circulação contínua de electricidade possível? Sempre agarrado
à sua teoria do contacto entre dois metais diferentes, Volta nega a interpretação
química, que, no entanto, prevalecerá e segundo a qual o funcionamento da pilha
se explica pelas reacções químicas que tiveram lugar entre o primeiro metal, o
condutor húmido e o segundo metal. Este contacto dos dois metais desempenha
então um papel importante, tanto na antiga como na nova teoria; por enquanto a
interpretação do processo à obra foi sempre difícil. A existência de electricidade
animal e, mais ainda, os processos fisiológicos que estão na sua base foram ainda
mais árduos de demonstrar. Nem Galvani nem Volta tiveram a tarefa facilitada.
O sucesso da pilha, o primeiro gerador de corrente eléctrica contínuo, é imenso. E
provoca imediatamente, o nascimento da electroquímica – que utiliza a corrente
eléctrica para provocar reacções químicas (desde o mês de Maio deste ano de
1800, a corrente fornecida por uma pilha permite a William Nicholson e a Antony
Carlisle, obter a electrólise da água, isto é, a sua decomposição nos seus dois
componentes, o oxigénio e o hidrogénio). Nasce também a electrodinâmica – que
estuda as acções do tipo magnético produzidas pelas cargas eléctricas em
movimento, e daqui o electromagnetismo – que unifica a compreensão dos
fenómenos eléctricos e magnéticos. A pilha pode assim ser considerada como “a
base fundamental de todas as invenções modernas”, para retomar as palavras de
Einstein.
Com o sucesso, não tardam a chegar as honras: Volta apresenta a pilha a
Napoleão, que lhe atribui a medalha de ouro do Institut de France em 1801,
nomeia-o senador do reino de Itália em 1809 e confere-lhe o título de conde, um
ano depois. Volta não foi apenas um “devoto submetido” de Napoleão: ele soube
manobrar correctamente ao sabor dos acontecimentos políticos, das guerras e das
mudanças frequentes de governo. Nos anos que se seguiram à invenção do
electróforo, o conde Firmian, ministro do império de Habsburgo para a Lombardia,
tinha-lhe atribuído a cadeira de física experimental na Universidade de Pavia, a
qual, graças à política inovadora de Marie-Thérèse e do seu sucessor, Joseph II,
tinha entrado para o círculo das melhores universidades europeias. Volta obteve
de Firmian depois do próprio imperador os fundos necessários para fazer várias
viagens na Europa e comprar os instrumentos que lhe pareciam necessários para
o seu gabinete de física e para as suas aulas públicas, muito frequentadas. Foi por
fim feito membro de muitas academias científicas, italianas e europeias.
Entre a invenção do electróforo e da pilha, Volta realizou muitos outros estudos e
obteve outros resultados importantes. Fez igualmente investigações aprofundadas
sobre o gás, descobriu o “gás inflamável” (que se tornará “metano” em 1866
quando o alemão August Wilhelm von Hofmann propuser um método de
nomenclatura dos hidrocarbonetos), inventou a pistola de ar inflamável e depois o
eudiómetro, que mede a quantidade de oxigénio do ar. Estabelece a lei da
dilatação do ar e a lei dos gases.
As honras feitas a Volta não param em 1827, o ano da sua morte. Poder-se-ia
mesmo escrever uma pequena história das celebrações que lhe fizeram, sendo a
última em 1999, por ocasião do bicentenário da invenção da pilha. Estas
cerimónias foram não só uma oportunidade para aprofundar e revisitar a sua obra
científica e organizar um grande número de manifestações, mas também de voltar
aos lugares onde viveu, que constituem hoje uma etapa interessante de “turismo
científico”. Assim, o gabinete de física de Volta foi restituído ao museu de história
da Universidade de Pavia, com os instrumentos que o sábio utilizava para as suas
pesquisas e para as suas aulas, assim como os móveis originais.