James Clerk Maxwell: biografia e contribuições para a ciência - Ciência - 2023

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James Clerk Maxwell (1831 - 1879) foi um cientista de origem escocesa que se especializou na área da física matemática e cujas contribuições marcaram um antes e um depois na história desta ciência.

Considerado um dos cientistas mais importantes da história, foi reconhecido especialmente pela formulação da teoria da radiação eletromagnética. Sua ideia é a base sobre a qual se constrói o rádio que hoje é conhecido.

Além disso, esse físico também desenvolveu teorias sobre o motivo da estabilidade dos anéis de Saturno, um dos planetas do sistema solar; trabalhou com a cinética dos gases e é conhecido por ter sido a primeira pessoa a imprimir uma fotografia a cores.

As descobertas de Clerk Maxwell ajudaram a estabelecer as bases para a física moderna. Muitos especialistas na área o consideram o cientista mais influente do século 19 no campo da física do século 20.

As contribuições que ele fez no campo científico são consideradas com o mesmo nível de importância das de Isaac Newton e Albert Einstein.

Biografia

Primeiros anos

James Clerk Maxwell nasceu em 13 de junho de 1831, em Edimburgo, Escócia, em uma família de classe média. Ele era o único filho de um casal que se casou tarde na vida; sua mãe o teve aos 40 anos de idade.

Seu pai, John Clerk Maxwell de Middlebie, um advogado proeminente, herdou seu sobrenome de uma família importante da época. O sobrenome de James era sinônimo de alta sociedade escocesa. Frances Cay era o nome de sua mãe, uma mulher que pertencia a uma família com uma posição elevada na sociedade da época.

Pouco depois do nascimento do Clerk, a família mudou-se para uma casa de campo chamada Glenlair House, localizada em Middlebie Village and Parish.

Primeiros estudos

Quando Maxwell tinha aproximadamente oito anos, em 1839, sua mãe faleceu após sofrer de câncer abdominal. Após o evento, o Escriturário passou a receber aulas de um tutor que alegou que o jovem tinha problemas de aprendizado devido ao tempo que demorava para memorizar as informações.

No entanto, Clerk Maxwell demonstrou grande curiosidade desde muito jovem e uma notável capacidade de aprender novas ideias. Pouco depois de começar a ter aulas particulares, sua tia o mandou para a escola na Academia de Edimburgo em 1841, onde ele fez amizade com pessoas que moldaram seu futuro.

Apesar de sua notável curiosidade em aprender, ele não se interessou pelo currículo que recebeu na escola. Por isso, passou a se inclinar para a ciência, a ponto de publicar seu primeiro artigo relacionado a essa área com apenas 14 anos.

No ensaio, Clerk Maxwell descreveu uma série de curvas ovais que podiam ser traçadas com alfinetes e fios por analogia, com uma elipse. Seu interesse por geometria e modelos mecânicos continuou ao longo de sua vida como estudante e o ajudou durante seu período como pesquisador.

Estudos Superiores

Aos 16 anos, James Clerk Maxwell iniciou os estudos na Universidade de Edimburgo, uma das mais importantes da Escócia. Durante o período em que permaneceu nesta instituição publicou dois artigos científicos de sua autoria.

Além disso, o físico dedicou várias horas de estudo às que recebeu na universidade. Ele passou a experimentar a improvisação de dispositivos químicos, elétricos e magnéticos dentro da casa em que morava.

Parte dessas práticas o ajudou a descobrir a fotoelasticidade (um meio que determina a distribuição de tensões nas estruturas físicas).

Em 1850, quando o físico tinha aproximadamente 19 anos, ingressou na Universidade de Cambridge e suas habilidades intelectuais começaram a ser reconhecidas. Na instituição de Cambridge, ele teve William Hopkins como professor de matemática, que considerava Maxwell um de seus alunos mais importantes.

Quatro anos depois de iniciar seus estudos nesta instituição, em 1854, recebeu o Prêmio Smith. Este prestigioso prêmio foi concedido a ele pela realização de um ensaio sobre pesquisa científica original.

Além disso, foi escolhido para receber uma bolsa de estudos, oportunidade que rejeitou para voltar à Escócia para cuidar de seu pai, que se encontrava em situação precária de saúde.

Perda pessoal e casamento

Em 1856 foi nomeado professor de filosofia natural no Colégio Marischal, mas seu pai faleceu antes de sua nomeação, o que significou uma perda significativa para o físico devido aos fortes laços que o uniam ao pai.

O cientista era aproximadamente 15 anos mais novo que os demais professores que lecionavam no Colégio Marischal; no entanto, isso não o impediu de gerar um forte comprometimento com o cargo que havia assumido. Ele estava desenvolvendo avidamente novos programas de estudo e conferências programadas com os alunos.

Dois anos depois, em 1858, ele se casou com Katherine Mary Dewar, filha do diretor do Marischal College. Eles nunca tiveram filhos juntos. Anos depois, ele foi nomeado professor de filosofia natural no King’s College, em Londres, Inglaterra.

Avanços na área profissional

Os cinco anos seguintes foram os mais positivos de sua carreira, graças às conquistas científicas que conquistou. Nesse período, publicou dois artigos que abordavam o tema do campo eletromagnético e fez uma demonstração de fotografia em cores.

Além disso, ele também realizou trabalhos teóricos e experimentais sobre a viscosidade dos gases. A importância que obteve na área científica tornou-o digno de ser membro da Royal Scientific Society em 1861.

Por outro lado, ele estava encarregado de supervisionar a determinação experimental de unidades elétricas para a Associação Britânica. Suas contribuições no campo da ciência levaram à criação do Laboratório Nacional de Física.

Ele também fez contribuições importantes para as teorias da velocidade da luz, graças à medição da proporção de unidades eletromagnéticas e eletrostáticas de eletricidade.

Contribuições para a ciência

Em 1865, o físico largou o emprego no King’s College para se aposentar em sua propriedade em Glenlair. Ele fez várias viagens a Londres e Itália e, alguns anos depois, começou a escrever um tratado sobre eletricidade e magnetismo.

Pesquisa

A pesquisa de Maxwell sobre eletromagnetismo foi de tal importância que o cientista passou a ser considerado um dos mais importantes da história.

No Tratado sobre eletricidade e magnetismo, que foi publicado em 1873, seu principal objetivo era converter as idéias físicas de Michael Faraday em uma fórmula matemática. Ele tentou ilustrar compreensivelmente as idéias de Faraday.

As investigações que realizou a respeito desta lei permitiram ao cientista fazer descobertas importantes para a área da física, no que diz respeito às informações correspondentes sobre a velocidade da luz.

O cientista foi escolhido em 1871 para atuar como professor em uma nova cadeira inaugurada em Cambridge. Seguindo essa proposta, ele começou a projetar o Laboratório Cavendish e supervisionou sua construção. Apesar de ter poucos alunos sob sua responsabilidade, ele tinha um grupo de cientistas renomados da época.

Morte

Oito anos depois, em 1879, Maxwell começou a sofrer de doenças várias vezes. Pouco depois ele voltou para Glenlair; no entanto, sua saúde não melhorou.

O cientista morreu em 5 de novembro de 1879 após sofrer uma curta doença. Seu enterro não teve honras públicas; ele foi enterrado em um pequeno cemitério localizado na Escócia.

Contribuições para a ciência

Eletromagnetismo

Os estudos que Maxwell realizou sobre a lei da indução de Faraday, que afirmava que um campo magnético pode transformar-se em campo eletromagnético, permitiram-lhe fazer descobertas importantes neste campo científico.

Ao tentar ilustrar essa lei, o cientista conseguiu construir um modelo mecânico que resultaria em uma "corrente de deslocamento", que poderia servir de base para as ondas transversais.

O físico calculou a velocidade dessas ondas e descobriu que elas estavam muito próximas da velocidade da luz. Isso levou a uma teoria que sugeria que ondas eletromagnéticas poderiam ser geradas em um laboratório, o que foi demonstrado anos depois pelo cientista Heinrich Hertz.

Esse estudo de Maxwell permitiu que, ao longo dos anos, o rádio que conhecemos hoje pudesse ser criado.

Fatos sobre os anéis de Saturno

Durante a juventude do cientista, a prioridade era explicar por que os anéis de Saturno continuavam girando consistentemente ao redor do planeta.

A pesquisa de Maxwell levou ao ensaio intitulado Sobre a estabilidade do movimento dos anéis de Saturno. O desenvolvimento deste ensaio rendeu a Maxwell um prêmio científico.

O trabalho concluiu que os anéis de Saturno deveriam ser constituídos por massas de matéria não relacionadas entre si. O estudo foi premiado pela importante contribuição para a ciência.

As conclusões de Maxwell sobre este assunto foram verificadas mais de 100 anos depois, em 1980, por uma sonda espacial enviada em direção ao planeta. A sonda é reconhecida Viajante, enviado pela NASA.

Investigação da teoria cinética dos gases

Maxwell foi o primeiro cientista que aplicou os métodos de probabilidade e estatística para descrever as propriedades de um conjunto de moléculas, então ele foi capaz de mostrar que as velocidades das moléculas de um gás devem ter uma distribuição estatística.

Sua distribuição logo depois ficou conhecida como lei de distribuição Maxwell-Boltzmann. Além disso, o físico investigou as propriedades que permitem que um gás seja transportado em função de mudanças de temperatura e pressão sobre sua viscosidade, condutividade térmica e difusão.

Visão colorida

Como outros cientistas da época, Maxwell tinha um interesse notável em psicologia, especialmente na visão das cores.

Por aproximadamente 17 anos, entre 1855 e 1872, publicou uma série de investigações que fez sobre a percepção da cor, a incapacidade de ver as cores e teorias sobre esta área. Graças a eles, recebeu uma medalha por um de seus ensaios, intitulado Sobre a teoria da visão de cores.

A pesquisa de alguns cientistas relevantes como Isaac Newton e Thomas Young serviu de base para a realização de pesquisas sobre o assunto. No entanto, o físico tinha um interesse particular pela percepção da cor na fotografia.

Depois de conduzir um trabalho psicológico sobre a percepção das cores, ele determinou que, se a soma de três luzes pudesse reproduzir qualquer cor perceptível pelos humanos, as fotografias coloridas poderiam ser produzidas usando filtros especiais para isso.

Maxwell propôs que se uma fotografia fosse tirada em preto e branco usando filtros vermelho, verde e azul, as impressões transparentes das imagens poderiam ser projetadas em uma tela usando três protetores equipados com filtros semelhantes.

O resultado do experimento sobre visão de cores

No momento em que Mawell sobrepôs a imagem na tela, percebeu que o olho humano perceberia o resultado como uma reprodução completa de todas as cores que estavam na cena.

Anos depois, em 1861, durante uma conferência na Royal Institution sobre a teoria da cor, o cientista apresentou a primeira demonstração no mundo sobre o uso da cor na fotografia. Ele usou os resultados de sua análise para justificar suas idéias.

Porém, os resultados do experimento não foram os esperados, devido à diferença de pigmentação entre os filtros usados para adicionar a cor.

Apesar de não ter alcançado os resultados desejados, suas pesquisas sobre o uso da cor na fotografia serviram de base para dar origem à fotografia colorida alguns anos depois.

Referências

James Clerk Maxwell, Editores da Enciclopédia Britânica, (2018). Retirado de britannica.com
James Clerk Maxwell, Portal Famous Scientist, (n.d.). Retirado de famousscientists.org
James Clerk Maxwell, Undiscovered Scotland Portal, (n.d.). Retirado de undiscoveredscotland.co.uk
James Clerk Maxwell, Portal da Wikipedia em inglês, (n.d.). Retirado de en.wikipedia.org
Quem foi James Clerk Maxwell, Portal The Maxwell na Glenlair Trust, (n.d.). Retirado de org.uk