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 REVISTA CH 218 - AGOSTO DE 2005

A aventura da física da matéria condensada
Artigo apresenta perspectivas que se abrem com o advento da nanociência e nanotecnologia


Mesmo os criadores de Flash Gordon certamente ficariam surpresos em saber que os relógios de pulso para comunicação de voz e imagem passaram da ficção à realidade em tão pouco tempo. Nem é preciso voltar à década de 1930, quando foi criado esse legendário super-herói intergaláctico dos quadrinhos.
 
Há menos de 30 anos, seria difícil acreditar que nosso dia-a-dia estaria repleto de aparelhos eletrônicos como o telefone celular, o DVD (disco de vídeo digital), a câmera fotográfica digital, o computador pessoal, entre outros. E que a comunicação em escala global seria em alta velocidade, através de ondas de rádio se propagando pelo ar ou da luz viajando por fibras ópticas. E isso, em parte, só foi possível graças às descobertas feitas no campo da física da matéria condensada, área que forma a base científica sobre a qual a tecnologia da eletrônica foi desenvolvida na segunda metade do século passado.
 
Desde tempos imemoriais, diversas propriedades físicas dos materiais já intrigavam a humanidade. Entre as que mais cedo despertaram a curiosidade dos cientistas estão as propriedades ópticas mais evidentes, como a cor, o brilho, a transparência e a opacidade. As propriedades magnéticas presentes em certos materiais também desafiaram os cientistas por séculos. A própria palavra 'magnetismo' surgiu na Antigüidade, associada ao fenômeno pelo qual fragmentos de ferro são atraídos pelo imã natural, a magnetita (Fe3O4), um mineral encontrado na natureza. Sua origem está ligada a Magnésia, nome de uma cidade da Turquia antiga que era rica em minério de ferro.
 
Os primeiros relatos de experiências com 'a força misteriosa' da magnetita datam de 800 a.C. e são atribuídos aos gregos, povo que também descobriu as propriedades elétricas que certos materiais adquirem ao serem esfregados com tecidos, passando a atrair ou repelir objetos leves, como pedaços de folhas secas e penas de aves. O termo elétrico surgiu de élektron, nome grego para âmbar, uma resina natural dura da qual eram feitos os bastões usados nas experiências de eletrização.
 
Ganhando corpo
As manifestações mais evidentes das propriedades ópticas, elétricas, magnéticas e térmicas dos materiais tornaram-se objeto de estudos sistemáticos a partir do Renascimento. Contudo, só no final do século 19 e no início do século passado, elas começaram a ser compreendidas microscopicamente. Isso se deu em função de desenvolvimentos importantes, cabendo destacar:
 
i) a formulação de teorias apropriadas – mais especificamente, a termodinâmica e a física estatística – para o estudo de sistemas formados por muitos constituintes, como os gases, feita principalmente pelo físico austríaco Ludwig Boltzmann (1844-1906), pelo escocês James Clerk Maxwell (1831-1879) e o norte-americano Josiah Williard Gibbs (1839-1903);
 
ii) a elaboração da tabela periódica dos elementos químicos pelo russo Dimitri Mendeleyev (1834-1907), em 1871;
 
iii) a formulação de uma teoria que unificava os fenômenos elétricos, magnéticos e ópticos – a teoria eletromagnética – por Maxwell, em 1873, a partir das descobertas do físico francês André-Marie Ampère (1775-1936), do dinamarquês Hans Oersted (1777-1851) e o inglês Michael Faraday (1791-1867);
 
iv) a descoberta do elétron pelo inglês Joseph John Thomson (1856-1940) em 1897;
 
v) a elaboração dos primeiros conceitos de quantização – ou seja, o fato de a energia na natureza ser gerada e absorvida em 'pacotes' (quantum, no singular) e não como um fluxo contínuo, como se acreditava até então – pelos alemães Max Planck (1858-1947) em 1900 e Albert Einstein (1879-1955) em 1905;
 
vi) o desenvolvimento do modelo do átomo, entre 1909 e 1913, pelo neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937), que propôs a existência de um 'caroço' central (núcleo), e pelo dinamarquês Niels Bohr (1885-1962), que estabeleceu as regras para explicar como os elétrons giram em torno do núcleo;
 
A formulação da mecânica quântica por Erwin Schrödinger (1887-1961) e Werner Heisenberg (1901-1971) – em meados da década de 1920 – propiciou a ferramenta teórica para explicar e descrever em detalhes as propriedades dos átomos isolados ou agregados na forma de materiais.
 
Esses desenvolvimentos formaram o cenário no qual, a partir das décadas de 1930 e 1940, começou a ganhar corpo a física do estado sólido, a área que investiga as propriedades e os fenômenos que ocorrem em materiais sólidos, como resultado da sistematização das observações e medidas experimentais das propriedades dos materiais e sua interpretação teórica com base nas leis do eletromagnetismo, da mecânica quântica e da física estatística.


Sergio Machado Rezende
Departamento de Física,
Universidade Federal de Pernambuco.

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