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Elaborado por: Alexandre Morales Albacete - RA 930735 Físico britânico, o segundo filho de James Thomson, professor de Matemática na Universidade de Glasgow, nasceu em Belfast, Irlanda, em 26 de junho de 1824, seu pai era então professor de Matemática da Royal Academical Institution. Em 1832 James Thomson aceitou a cadeira de Matemática de Glasgow. Em 1841 William Thomson entrou em Peterhouse, Cambridge, e em 1845 recebeu seu diploma e venceu o primeiro Prêmio Smith. Naquele tempo havia poucas facilidades para o estudo de ciências experimentais na Grã-Bretanha. Thomson então se refugiou em Paris, e por um ano trabalhou no laboratório de Regnault, que estava então engajado em suas pesquisas clássicas sobre as propriedades térmicas do vapor. Em 1846, ele aceitou a cadeira de Filosofia da Natureza na Universidade de Glasgow, que ele ocupou por 53 anos, conseguindo reconhecimento universal como um dos grandes físicos de seu tempo. Nesse mesmo ano fundou o primeiro laboratório para o aprendizado da Física. Foi Kelvin na verdade que deu forma à moderna estrutura de ensino da Ciência, introduzindo a experimentação como parte integrante do treinamento do cientista. A cadeira de Glasgow foi uma fonte de inspiração para os cientistas e físicos por mais de meio século, e muitas das mais avançadas pesquisas de outros físicos surgiram das numerosas sugestões dadas por Thomson. Um de seus primeiros trabalhos ligou-se à determinação da idade da Terra. Em razão do ritmo de resfriamento, Kelvin mostrou em 1862 que a idade a partir da qual a Terra apresentou condições de temperatura que a tornaram habitável não podia ser maior do que duzentos milhões de anos; e em 1889 havia ele reduzido esse limite para uma cifra oscilando entre vinte e quarenta milhões de anos. Essas aproximações se opunham aos valores da idade da Terra determinadas pelos geólogos, a partir da espessura total das camadas sedimentares, superpostas em sua ordem cronológica, e do ritmo de sedimentação do Iodo, formando novas rochas sedimentares, nos deltas dos rios. Os geólogos calcularam que por tal processo, a formação das rochas sedimentares ocupavam um período de ao menos duzentos milhões de anos; e incluindo algumas estimativas geológicas e o tempo necessário à formação das rochas pré-sedimentares, tal ciclo se elevava a quatrocentos milhões de anos. Alguns estudiosos de Termodinâmica perceberam que os geólogos podiam estar equivocados. E numa sessão da Sociedade Geológica de Glasgow, em 1866, Kelvin declarava: " Uma grande reforma na especulação geológica parece agora necessária. A Geologia popular Britânica na época atual está em posição direta com o da Filosofia natural. " Em 1869, na escola de Minas de Londres, Huxley replicou ser a evidência geológica tão válida como as provas físicas, podendo acontecerer que o erro fosse da parte dos físicos. Em 1900, Kelvin havia tornado conhecida sua restrita estimativa de vinte a quarenta milhões de anos para a idade da Terra. Em 1899, outro geólogo, Chamberlin, alegou a possibilidade de a teoria dos físicos ser incompleta e com a ajuda da teoria de Becquerel e o fenômeno da radioatividade forneceu novos métodos para o cálculo da idade da Terra, o qual comprovou de modo amplo, as estimativas feitas pelos geólogos. Em 1847 Thomson encontra pela primeira vez James Prescott Joule numa assembléia da British Association. As pesquisas de Joule não atraíram atenção de imediato, mas após esse encontro Thomson salientou a convergência dos resultados obtidos por Joule com a teoria dos motores elétricos, elaborada pelos engenheiros franceses. As experiências de Joule comprovaram que a energia mecânica se transformava quantitativamente em calor; e até então a teoria francesa sugeria a impossibilidade do inverso, isto é, de o calor não se transformar em energia mecânica, na máquina a vapor, dando-se nesta apenas uma queda de temperatura. A princípio, Kelvin adotou a teoria francesa em sua totalidade, uma vez que parecia ser a mais fecunda. Em 1848 demonstrou poder uma escala absoluta de temperaturas basear-se na teoria de Carnot sobre os motores térmicos perfeitos. Até aquela época as temperaturas haviam sido medidas pela expansão de sólidos, líquidos e gases, ao serem aquecidos, sendo consideradas as dilatações idênticas, como índices de elevações iguais de temperatura. No entanto, as escalas térmicas baseadas em diferentes substâncias termométricas não concordavam reciprocamente de um modo completo. O termômetro de mercúrio divergia um pouco do de gás, e não parecia haver motivo para que as mensurações de um fossem mais dignas de crédito do que do outro. A teoria de Carnot indicava que todos os motores térmicos perfeitos, funcionando entre as mesmas diferenças de temperatura, podiam ter o mesmo rendimento, não importando as substâncias que fossem utilizadas - vapor, ar, etc. Por isso Kelvin, sugeriu que as elevações iguais de temperatura, numa escala absoluta, podiam ser definidas como os níveis térmicos em que um motor perfeito desse gênero funcionasse com rendimentos iguais. Mais tarde, em 1854, quando a teoria do calórico já fora de um modo geral abandonada , Kelvin propôs uma escala absoluta, em que as elevações iguais de temperatura eram consideradas como os níveis térmicos em que uma máquina, cuja força impulsora fosse o calor, produzisse a mesma quantidade de trabalho. E demonstrou que essa escala correspondia exatamente à do termômetro gasoso. As idéias de Joule, Mayer e de outros foram incorporadas à teoria dos motores elétricos por Kelvin, em Glasgow, e Rudolph Clausius (1822-1888), em Berlim. Observaram estes que, quando os gases e vapores se expandiam contra uma força contrária, realizando assim trabalho mecânico, perdiam calor, sendo parte dele convertida em enegia mecânica e perdida, desse modo, durante o funcionamento da máquina a vapor. O principal obstáculo que se erguia contra a lei da conservação e mútua conversibilidade das diferentes formas de energia estava agora superado, e a lei foi enunciada como um princípio geral por Clausius e Kelvin, em 1851. Ao passo que a quantidade de calor diminuía, durante o ciclo de funcionamento do motor térmico de Carnot, verificaram eles a existência de uma porção que permanecia constante, no decurso do mesmo ciclo. A quantidade de calor perdido era menor do que a absorvida pela máquina; mas esta última parcela, dividida pela temperatura da fonte térmica, possuía quantitativamente o mesmo valor que a porção de calor desprendido, dividida pela temperatura do condensador. Clausius, em 1865, denominou esse coeficiente de entropia. Foi nesse trabalho que o princípio da dissipação da energia, brevemente resumido na Segunda Lei da Termodinâmica, foi pela primeira vez enunciado. Embora suas contribuições para a termodinâmica possam ser consideradas como seu trabalho científico mais importante, é no campo da eletricidade, especialmente em suas aplicações aos telégrafos submarinos que Lord Kelvin é mais conhecido no mundo todo. A partir de 1854 ele é o mais notável entre os telegrafistas. A forma do fio dos condutores foi devido às suas sugestões; mas foi nas cartas que ele endereçou naquele ano a Sir G. G. Stokes, e que foram publicadas no Proceedings of the Royal Society (1855), que ele discutiu a teoria matemática da sinalização através de cabos submarinos, e enunciou a conclusão que em cabos longos o retardamento devido à capacidade deve retribuir a velocidade de sinalização, e é inversamente proporcional ao quadrado do comprimento dos cabos. Thomson trabalhou para superar as dificuldades no aperfeiçoamento da construção de cabos, pela produção de cobre de alta condutividade e a construção de aparatos que responderiam às menores variações de corrente no cabo. O problema dos cabos submarinos foi estudado por Kelvin, pois descobriu-se que os sinais eram transmitidos pelo cabo, de forma truncada e em um ritmo relativamente lento. No mesmo ano de 1855, mostrou ele que a diferença fundamental existente entre as condições de telegrafia mediante linha terrestre e através de cabos submarinos consistia no fato da água do mar atuar como um condutor, ao passo que o ar era, na realidade, um isolante. Por isso um cabo submarino, envolto por um revestimento isolante, formava um condensador elétrico, juntamente com a água do mar, de sorte que o cabo se carregava relativamente devagar, em uma extremidade, e também se descarregava de forma lenta na outra extremidade quando era transmitido um sinal. Kelvin mostrou que o retardamento de sinais telegráficos podia ser reduzido ao mínimo, se uma corrente fraca fosse utilizada em um cabo de alta condutibilidade e de grande seção transversal, protegida por uma grossa camada isolante. O uso de correntes fracas, no telégrafo, exigia sensíveis instrumentos de registro para a sua captação, e para esse fim Kelvin idealizou o Galvanômetro de espelho, em 1858, e o registrador automático de sifão, em 1867. O primeiro cabo submarino através do Atlântico, colocado em 1858, ficou inutilizado depois da transmissão de apenas setecentas mensagen, devido às fortes correntes empregadas, mas quando o segundo cabo foi colocado, no ano de 1866, adotaram-se as recomendações de Kelvin. O trabalho de Thomson em conexão com a telegrafia, levou à produção numa rápida sucessão, de instrumentos adaptados às necessidades da época, para a medida de todas as quantidades elétricas, e quanto à eletricidade, produziu-se uma série nova de instrumentos para ir ao encontro das necessidades da Engenharia Elétrica. Quando W. Weber propôs em 1851 a extensão do sistema de Gauss de unidades absolutas do Eletromagnetismo, Thomson estudou a questão, e, aplicando os princípios da energia à força eletromotiva absoluta de uma célula de Daniell, e determinou a medida absoluta da resistência de um fio, a partir do calor produzido por ele, e para uma corrente conhecida. Em 1861 Thomson convenceu a British Association a formar seu primeiro comitê para a determinação dos padrões elétricos. A fundação do trabalho de H.R.Hertz e a telegrafia sem fio, foram pesquisadas por ele em 1853. Foi em 1873 que ele se ocupou de escrever uma série de artigos para o Good Words, sobre a bússola empregada na marinha. Ele escreveu o primeiro, mas tantas perguntas surgiram em sua cabeça que somente cinco anos depois o segundo apareceu. Outros cientistas, e também ele, se basearam em exemplos da Mecânica para explicar, por analogia, os fenômenos elétricos e magnéticos que estudavam, e encontraram alguma dificuldade em compreender a obra matemática de Maxwell, e tentaram conciliar os fenômenos da luz, eletricidade e magnetismo, desenvolvendo outros modelos do éter. Kelvin observou em 1884: " Não fico satisfeito até que tenha elaborado um exemplo mecânico do assunto que estiver estudado. Se consigo produzir um, compreendo: caso contrário, não. Daí não poder entender a teoria eletromagnética da luz. Desejo compreendê-la de modo tão completo quanto possível, sem ainda introduzir elementos de ainda menor compreensão para mim. Por esta razão atenho-me firmemente à dinâmica elementar, pois nela - e não na teoria eletromagnética -posso encontrar um modelo." Consequentemente, em 1890, Kelvin tentou explicar os fenômenos da luz, eletricidade e magnetismo, por meio do éter óptico de Mac Cullagh, cujos elementos - então se presumia - resistiam a tensões girátorias, mas não a deslocamentos lineares. Entretanto, a bússola passou por uma completa reconstrução em suas mãos, um processo que possibilitou tanto o magnetismo permanente como o temporário do barco ser compensado. Thomson também inventou seus aparatos de som, onde os sons podem ser captados em águas profundas e rasas. O mareômetro de Thomson, o analisador harmônico de marés e o previsor de marés são famosos, e entre seus trabalhos de interesse para a navegação devem ser mencionados suas tabelas para a simplificação do método de Summer para a determinação da posição do navio no mar. Thomson publicou mais de 300 trabalhos originais passando por quase todos os ramos da ciência física. &EACUTE somente com as informações de seus trabalhos publicados, que qualquer concepção aproximada pode ser formada a respeito dos trabalhos de sua vida; mas o estudante que leu todos eles, conheceu comparativamente pouco o Lord Kelvin, ou muito menos do que se tivesse falado com ele face a face. Extremamente modesto, quase chegando à falta de confiança em si mesmo, combinada com o máximo de bondade na paciência para com os estudantes mais elementares, nada parecia dar mais prazer a Lord Kelvin do que uma oportunidade para reconhecer os esforços dos humildes trabalhos científicos. O progresso das descobertas da física durante a última metade do século XIX, foi talvez devido mais aos encorajamentos que ele deu aos estudantes e outros que tiveram contato com ele, do que às suas próprias pesquisas e invenções; e seria difícil descrever a sua influência como professor em termos mais fortes do este. Em 1.866, talvez em reconhecimento aos seus serviços para a telegrafia do Trans-Atlântico, Thomson recebeu a honra da fidalguia, e em 1.892, ele foi congratulado pela nobreza com o título de Barão Kelvin de Largs. A Grand Cross da Ordem Vitoriana Real (Royal Victorian Order ) foi conferida a ele em 1.896, o ano do jubileu do seu professorado. Em 1.890 ele tornou-se presidente da Royal Society, e recebeu a ordem de mérito nesta instituição em 1.902. Em 1.896 na ocasião do jubileu de seu professorado, a cidade uniu-se à Universidade na honra ao mais destacado cidadão. Três anos após essa celebração, Lord Kelvin renunciou a sua cadeira em Glasgow, embora formalmente matriculado como um estudante ele manteve sua conexão com a universidade, da qual em 1.904 ele foi eleito chanceler. A maior parte do seu tempo após a renúncia, foi gasto em escrever e revisar as conferências da teoria ondulatória da luz que ele tinha entregado na universidade John Hopkins, Baltimore, em 1884 (publicada em 1904). No encontro de Leicester da Associação Britânica ( British Association ), em 1884, apresentou longa pesquisa da teoria eletrônica da massa. Ele morreu em 17 de Dezembro de 1907, na sua residência em Netherhall, próximo a Largs, Escócia. Não houve herança para o seu título, que ficou extinto. Uma estátua foi erguida para ele em Glasgow em 1913. Para somar às conferências de Baltimore, ele publicou com o professor P.G. Tait um modelo, não terminado, do Tratado em Filosofia Natural (Treatise on Natural Philosophy - 1867). Um bom número de seus trabalhos científicos foram colocados no seu Reprint of Papers on Electricity and Magnetism (1872), e no seu Mathematical and Phisical Papers (1882, 1883 e 1890) e três volumes de seu Popular Lectures and Addresses publicado de 1.889 a 1894.
História geral das Ciências "A Ciência Moderna".
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Thomson, William - Lord Kelvin (1824-1907)