História da eletricidade

Em 20 de março de 1800, um professor de Pavia chamado Alessandro Volta datou em Como uma carta ao presidente da Royal Society de Londres. Descrevia uma coluna de discos de zinco e de prata, intercalados com rodelas de pano molhadas em salmoura, cujas extremidades davam choque sem parar enquanto o pano estivesse úmido: era a primeira fonte de corrente contínua, e não havia nela nenhum pedaço de animal. A ausência do animal era o ponto. Dezenove anos antes, em 26 de janeiro de 1781, em Bolonha, a perna de uma rã dissecada tinha se contraído sobre a mesa do médico Luigi Galvani quando uma assistente encostou o bisturi no nervo e, ao mesmo tempo, uma Jarra de Leiden descarregou uma faísca a alguns metros dali, sem fio algum ligado ao animal. Galvani gastou dez anos em variações desse experimento e publicou em 1791 a sua leitura: o tecido do animal é dono de uma eletricidade própria, guardada no músculo, e o metal apenas a libera. Volta leu o livro, reproduziu tudo e discordou da explicação: para ele, a fonte estava nos dois metais diferentes dos instrumentos, e a rã servia apenas de detector, o mais sensível que então existia. A pilha de 1800 foi a sua resposta: eletricidade sem rã, e em fluxo contínuo, o que nenhuma máquina de atrito ou garrafa de vidro tinha conseguido. O prêmio de Volta foi a celebridade imediata e, mais tarde, a unidade de tensão com o seu nome. Galvani havia morrido em 1798 e não chegou a saber que também acertara: o impulso nervoso é elétrico, como a eletrofisiologia demonstraria décadas mais tarde.

Esta página conta a história inteira em que esse embate é o centro: começa no âmbar que os gregos atritavam, passa por quem descobriu que a eletricidade viaja, que ela tem dois sinais, que o raio é uma faísca grande e que a força entre cargas tem fórmula; chega à pilha, à bússola que girou perto de um fio, ao ímã que gerou corrente, à lâmpada, ao dínamo, à disputa entre corrente contínua e alternada, e à luz elétrica acesa em Campos dos Goytacazes em 1883, um ano depois da central de Edison em Nova York. A física de cada episódio está nas páginas vizinhas: carga elétrica e eletrização, lei de Coulomb, capacitores, corrente elétrica, geradores e receptores, geração de energia elétrica. Aqui o assunto é quem fez o quê, quando, depois de quem, e com que verbo, que é exatamente o que a matriz do PAS 3 pede no código CN-E06 e o que a prova de 2025 já começou a cobrar, pela porta do artigo de Leandro Lobo que a lista de obras traz sob o título Galvani e Volta, um embate elétrico.

A palavra vem do âmbar

Âmbar é resina de árvore fossilizada, amarela, leve, que boia na água salgada e chega às praias do Báltico. Os gregos a chamavam élektron. Atritada com lã ou pele, atrai palhas, penas e fiapos. A tradição atribui a observação a Tales de Mileto, no século VI a.C.; Aristóteles, dois séculos depois, cita Tales dizendo que o ímã “tem alma” porque move o ferro, e a mesma tradição põe na conta de Tales o âmbar que move a palha. Não há texto de Tales; há o que outros disseram que ele disse. Para a página, isso já é uma lição: a história da ciência trabalha com fontes, e “a tradição atribui” não é a mesma coisa que “Tales escreveu”.

O outro fenômeno que os antigos conheciam era a magnetita, o minério de ferro que atrai ferro, abundante perto de Magnésia, na Ásia Menor, e que deu nome ao ímã. Os chineses usaram a agulha imantada como bússola a partir do século XI, e os navegadores do Mediterrâneo, no século XII. Por dois mil anos, âmbar e magnetita foram duas curiosidades parecidas: as duas atraem, as duas parecem agir à distância. Ninguém tinha motivo para separá-las, nem instrumento para estudá-las.

Gilbert, 1600: o âmbar não é um ímã

William Gilbert (1544–1603) era médico da rainha Elizabeth I. Em 1600 publicou De Magnete, um tratado sobre o ímã baseado em experimentos próprios, com uma conclusão famosa: a Terra inteira é um grande ímã, e é por isso que a bússola aponta para o norte. No meio do livro sobre magnetismo há um capítulo sobre o âmbar, e é nele que a eletricidade nasce como assunto separado.

Gilbert construiu um instrumento simples, o versório: uma agulha leve de metal apoiada numa ponta, livre para girar, que se volta para qualquer corpo atritado aproximado. Com ele testou dezenas de materiais e descobriu que o efeito do âmbar não era exclusivo do âmbar: vidro, enxofre, resinas, cera, pedras preciosas, todos atraíam depois de atritados. Chamou esses corpos de elétricos (electrica, “feitos como o âmbar”), e é daí que vêm “eletricidade” e tudo o que a palavra carrega. Mais importante, listou as diferenças entre a atração elétrica e a magnética: o ímã atrai só ferro, sem precisar de atrito, e não perde o efeito com a umidade; o corpo elétrico atrai qualquer coisa leve, precisa ser atritado e deixa de funcionar quando o ar está úmido ou quando se interpõe uma folha de papel molhado. Eram dois fenômenos, e cada um teria dois séculos de história própria antes de Oersted juntá-los de novo em 1820.

Gray e Du Fay: a eletricidade viaja, e vem em dois tipos

Durante o século XVII, a novidade foi a máquina eletrostática: Otto von Guericke, em Magdeburgo, girou um globo de enxofre contra a mão (por volta de 1663) e obteve atração, repulsão e pequenos estalos; Francis Hauksbee, em Londres, trocou o enxofre pelo vidro (1705–1706) e viu o globo brilhar no escuro. Com uma manivela, qualquer gabinete de curiosidades produzia faíscas sob encomenda. Faltava saber o que acontecia com a “virtude elétrica” depois de produzida.

Stephen Gray (1666–1736), tintureiro e astrônomo amador, respondeu em 1729. Atritou um tubo de vidro com uma rolha na ponta e notou que a rolha, que não tinha sido atritada, atraía penas. A virtude tinha passado do vidro para a rolha. Gray foi esticando: um bastão de madeira enfiado na rolha, depois um barbante, depois um fio de cânhamo pendurado em laços de seda, até levar o efeito a mais de 200 metros de distância. Quando substituiu os laços de seda por fios de metal, o efeito sumia: escoava pelo metal para o chão. Estava descoberta a diferença entre condutores e isolantes, embora os nomes viessem depois (Jean Desaguliers, 1739). A demonstração mais famosa de Gray, o “menino voador”, pendurava uma criança em cordões de seda, eletrizava-a pelos pés com o tubo atritado e fazia folhas de ouro subirem até o rosto dela.

Charles François de Cisternay Du Fay (1698–1739), químico da Academia de Paris, repetiu Gray e foi além em 1733. Eletrizou uma folha de ouro com vidro atritado e viu que ela era repelida pelo vidro; aproximou uma resina atritada e a folha foi atraída. Concluiu que existem duas eletricidades: a vítrea, do vidro, e a resinosa, do âmbar e das resinas; iguais se repelem, diferentes se atraem. Era a primeira vez que a eletricidade tinha um atributo com dois valores, e não apenas “mais” ou “menos” atração.

A Jarra de Leiden guarda o choque (1745–1746)

As máquinas produziam eletricidade, mas ela escapava: no ar úmido, pelas mãos, pelo suporte. Em outubro de 1745, Ewald Georg von Kleist, deão de uma catedral na Pomerânia, tentou guardá-la dentro de uma garrafa de vidro com água, ligada por um prego à máquina. Ao tocar o prego com a outra mão segurando a garrafa, levou um choque que o derrubou. Em janeiro de 1746, em Leiden, na Holanda, o professor Pieter van Musschenbroek (com um assistente, Andreas Cunaeus, que levou o primeiro choque) obteve o mesmo resultado e escreveu a Réaumur, em Paris, que não repetiria aquilo nem pelo reino da França. O físico francês Jean-Antoine Nollet batizou o aparelho de Jarra de Leiden e, no mesmo ano, fez uma fileira de soldados da guarda real dar as mãos e saltar ao mesmo tempo com a descarga de uma garrafa, diante do rei.

O que a Jarra faz, em linguagem de hoje, é separar cargas de sinais opostos em dois condutores (a água ou a folha metálica de dentro, a mão ou a folha metálica de fora) com um isolante no meio, o vidro: é um capacitor, o primeiro, e sua física está na página capacitores. Na época ninguém sabia disso. O que se sabia era que a Jarra guardava a “virtude” por horas e a devolvia de uma vez, numa descarga violenta, e que ligando várias em paralelo (a “bateria”, nome que Franklin tomou emprestado da artilharia) o choque crescia. A Jarra transformou a eletricidade em experimento repetível: era possível produzir, acumular, transportar e liberar a quantidade que se quisesse. Foi com uma Jarra que Galvani estimulava suas rãs em 1781, e a obra do PAS resume o papel dela numa frase que vale guardar: “Apesar de não fornecer uma corrente elétrica contínua e estável, esse dispositivo foi usado para estudar a eletricidade por décadas” (Leandro Lobo, Ciência Hoje, 2023).

Franklin: um fluido só, dois sinais, e o raio é uma faísca grande

Benjamin Franklin (1706–1790) tinha 40 anos, uma gráfica próspera na Filadélfia e tempo livre quando, em 1746, viu demonstrações elétricas e recebeu de Londres um tubo de vidro. Nos cinco anos seguintes, com amigos, fez experimentos que escreveu em cartas a Peter Collinson, membro da Royal Society, reunidas em 1751 no livro Experiments and Observations on Electricity. Ali estão três ideias que ainda se usam.

A primeira é o fluido único. Du Fay via duas eletricidades; Franklin propôs uma só, um fluido elétrico presente em todos os corpos em quantidade normal. Atritar transfere fluido de um corpo ao outro: o que ganha fica positivo (ou “mais”), o que perde fica negativo (“menos”). Os nomes são dele, e a escolha de qual é qual foi arbitrária (deu o sinal positivo ao vidro atritado, por isso hoje dizemos que o elétron, descoberto em 1897, é negativo). A segunda ideia vem da primeira: se a eletricidade não se cria nem se destrói, só se transfere, a soma das cargas se conserva. É o princípio da conservação da carga, escrito por Franklin em 1747 e nunca contrariado. A terceira é a explicação da Jarra de Leiden: ele mostrou que a carga de dentro e a de fora são iguais e opostas, que o vidro é o que importa (uma Jarra desmontada guarda a carga no vidro, não nos metais) e que a descarga é o reencontro dos dois excessos.

Franklin também notou que pontas metálicas “puxam” a eletricidade de longe e silenciosamente, e aí fez a pergunta que o tornaria famoso: a faísca da máquina e o raio da tempestade não seriam a mesma coisa? Listou as semelhanças (luz, cor, estalo, trajeto sinuoso, cheiro, capacidade de matar animais e derreter metais) e propôs um teste: uma haste de ferro pontiaguda no alto de uma torre, isolada, atrairia a eletricidade de uma nuvem baixa, e um homem numa guarita poderia tirar faíscas dela.

O para-raios foi a primeira aplicação prática da ciência elétrica e deu à eletricidade uma reputação nova: uma teoria de salão que protegia igrejas e paióis de pólvora. A física da descarga atmosférica (a diferença de potencial entre nuvem e solo, o campo que rompe o ar) está em potencial elétrico; a história fica aqui, com a data: 1752.

Coulomb põe número (1785)

Tudo até aqui era qualitativo: atrai, repele, passa, guarda. Joseph Priestley, em 1767, já tinha notado que um corpo dentro de uma caixa metálica carregada não sente força nenhuma, e deduziu, por analogia com a gravitação de Newton, que a força elétrica devia cair com o quadrado da distância; Henry Cavendish mediu isso na década de 1770 e não publicou (Maxwell editou os manuscritos em 1879). Quem publicou foi Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806), engenheiro militar, em memórias à Academia de Paris a partir de 1785.

O instrumento de Coulomb foi a balança de torção: um fio fino de prata sustenta uma haste horizontal isolante com uma esfera carregada numa ponta; outra esfera carregada, fixa, é aproximada; a haste gira até que a torção do fio equilibre a repulsão, e o ângulo de torção mede a força. Coulomb já tinha estudado a torção dos fios para a Marinha e sabia que o torque é proporcional ao ângulo. Variando a distância, encontrou a força caindo com o inverso do quadrado; dividindo a carga de uma esfera ao meio por contato com outra esfera igual e descarregada, encontrou a força proporcional ao produto das cargas. A lei, $F = k\,q_1 q_2/d^2$, está deduzida e aplicada na página lei de Coulomb. O que importa aqui é o marco: em 1785, a eletricidade deixou de ser uma coleção de efeitos e ganhou uma lei quantitativa, com a mesma forma da gravitação. A unidade de carga leva o nome dele.

Galvani, 1781–1791: a eletricidade animal

Luigi Galvani (1737–1798) estudou medicina em Bolonha, foi professor de anatomia e trabalhava com o laboratório de física experimental do sogro, Domenico Galeazzi. Por volta de 1780 estudava a contração muscular. Já se sabia que choques fazem músculos se contraírem; não se sabia como nervo e músculo se comunicam. Galvani usava rãs dissecadas, expostos os nervos das pernas, e as estimulava com descargas de uma Jarra de Leiden, variando a carga, o tempo e o ponto tocado.

A observação de 26 de janeiro de 1781 está descrita na obra do PAS com as palavras certas:

“Uma assistente de Galvani (que muitas fontes históricas afirmam ter sido sua mulher, Lucia) tocava o nervo crural interno de um sapo com um bisturi ao mesmo tempo que uma descarga elétrica era liberada de uma Jarra de Leiden. Uma faísca se acendeu no ar e, para surpresa geral, os músculos da perna do sapo imediatamente se contraíram.” (Leandro Lobo, “Galvani e Volta, um embate elétrico”, Ciência Hoje, n. 403, out. 2023)

O bisturi não estava ligado a nada. Hoje sabemos o que aconteceu: a faísca produziu uma variação brusca de campo, o bisturi e o corpo da assistente funcionaram como antena e condutor, e uma pequena corrente passou pelo nervo. Galvani não tinha esse vocabulário. Repetiu o experimento durante anos, e encontrou algo mais estranho: rãs penduradas por ganchos de cobre numa grade de ferro, num dia de tempestade e depois num dia sem tempestade, contraíam-se quando a perna tocava o ferro. Não havia máquina, nem faísca, nem nuvem. Havia um nervo, um músculo e dois metais diferentes formando um arco entre eles.

Em 1791 Galvani publicou De viribus electricitatis in motu musculari commentarius (“Comentário sobre as forças da eletricidade no movimento muscular”). A tese: o animal possui uma eletricidade intrínseca, produzida pelo cérebro, conduzida pelos nervos e acumulada no músculo, que funciona como uma Jarra de Leiden com o interior e o exterior carregados com sinais opostos; o arco metálico apenas fecha o circuito e descarrega o músculo, que se contrai. Era a eletricidade animal, e o fluido que a transportava ficou conhecido como fluido galvânico, a primeira das três expressões que a matriz do PAS 3 nomeia no objetivo CN12.

Volta, 1792–1800: a eletricidade de contato e a pilha

Alessandro Volta (1745–1827), de Como, não fez universidade. Estudou por conta própria, correspondia-se com físicos desde os 18 anos, inventou o eletróforo (1775), um aparelho para produzir carga por indução, e o eudiômetro, e era professor de física experimental em Pavia quando leu o livro de Galvani em 1792. Repetiu os experimentos, confirmou-os, elogiou-os, e em poucos meses mudou de ideia sobre a explicação. O que chamou sua atenção foi um detalhe que Galvani tratava como secundário: a contração era muito mais forte com dois metais diferentes do que com um só. Se a eletricidade estivesse no músculo, o metal do arco não deveria importar. Importava. Logo, pensou Volta, a fonte era o contato entre metais diferentes, e a rã, com seus nervos sensíveis a correntes minúsculas, era apenas o detector, o eletroscópio mais sensível do mundo.

Volta foi testando a hipótese sem rã. Pôs uma moeda de prata sobre a língua e uma folha de estanho embaixo, encostou as duas, e sentiu um gosto ácido: a língua era o detector, os metais a fonte. Ordenou os metais numa série (zinco, chumbo, estanho, ferro, cobre, prata…) pela “força” do contato, e chamou isso de eletricidade de contato ou metálica. Galvani respondeu em 1794 com o experimento mais forte que tinha: contração sem metal nenhum, encostando o nervo de uma perna diretamente no músculo da outra. Volta replicou que tecidos diferentes também são “condutores de segunda classe” diferentes, e que o contato entre eles também gera eletricidade. Os dois tinham um pedaço da verdade e nenhum instrumento para decidir; a eletricidade de contato de Volta não podia ser medida por eletroscópio, e Volta precisava de um aparelho que mostrasse o efeito dos metais em escala grande.

A resposta foi a pilha. Se um par de metais diferentes produz um efeito pequeno, muitos pares em série produziriam um efeito grande. Volta empilhou discos de zinco e de prata (ou cobre), alternados, cada par separado do seguinte por um disco de papelão ou pano embebido em salmoura, trinta, quarenta, sessenta pares numa coluna sustentada por hastes de vidro. Tocando as duas extremidades sentia um choque contínuo; ligando-as por um fio, obtinha faíscas repetidas e, sobretudo, um efeito que não acabava: ao contrário da Jarra, que se esgota numa descarga, a pilha continuava fornecendo enquanto o pano estivesse molhado.

Em 20 de março de 1800, Volta escreveu de Como uma carta a Sir Joseph Banks, presidente da Royal Society de Londres, descrevendo a pilha (ele a chamava de “órgão elétrico artificial”, comparando-a ao do peixe-elétrico). A carta foi lida na Royal Society em junho e publicada nas Philosophical Transactions do mesmo ano, em francês. Antes mesmo da publicação completa, William Nicholson e Anthony Carlisle, em Londres, construíram uma pilha a partir da primeira metade da carta e, em maio de 1800, descobriram que a corrente decompõe a água em hidrogênio e oxigênio: nascia a eletroquímica. Em 1801 Volta demonstrou a pilha em Paris diante de Napoleão, que lhe deu uma medalha de ouro (e, em 1810, o título de conde). A segunda expressão da matriz, Experiência de Volta, é isso: a pilha como prova de que a eletricidade se produz sem animal; a terceira, Pilhas Eletroquímicas, é o que ela se tornou quando se entendeu que a fonte era a reação química, não o contato.

Quem tinha razão em quê

Perguntar quem saiu vencedor admite uma resposta de duas palavras, “os dois”, e uma resposta longa, que é a que a prova cobra. O quadro abaixo separa o que cada um afirmava, o que cada um provou e no que cada um tinha razão, visto de hoje.

Dois acréscimos fecham a história. O primeiro é Giovanni Aldini, sobrinho de Galvani, que continuou defendendo a eletricidade animal com demonstrações públicas, em Londres em 1803, aplicando a pilha de Volta a cadáveres de criminosos executados, que se contorciam diante da plateia; o espetáculo rendeu notícias de jornal, inspirou o Frankenstein de Mary Shelley (1818) e não rendeu ciência. O segundo é a reabilitação séria: o fisiologista alemão Julius Bernstein (1839–1917) mediu com um instrumento próprio, o reótomo diferencial, o curso temporal do potencial de ação no nervo (o artigo da Ciência Hoje dá 1860 como a data; a medida publicada é de 1868) e, em 1902, propôs a teoria da membrana: o sinal nervoso é uma onda de despolarização elétrica que corre pela célula. A obra do PAS fecha assim: “Galvani, hoje em dia, é considerado o pai e um dos principais precursores da eletrofisiologia.”

Exemplo resolvido (ler o experimento como a banca lê). Um item afirma: “No experimento em que a rã pendurada por um gancho de cobre se contraía ao tocar uma grade de ferro, a interpretação de Galvani, segundo a qual o arco metálico apenas descarregava a eletricidade acumulada no músculo, foi refutada por Volta, que mostrou ser o par de metais diferentes a fonte da corrente, e essa refutação foi confirmada pela construção da pilha, em 1800.” Protocolo: quem (Galvani: eletricidade no músculo, arco passivo; Volta: fonte no par de metais), quando (1791 o livro de Galvani; 1792–1799 a crítica de Volta; 1800 a pilha), ordem (Galvani antes de Volta; a pilha depois da crítica), verbo (“refutada”, “confirmada”). O item respeita os três primeiros e usa verbos fortes, mas corretos para esse experimento específico: no arco bimetálico, Volta estava certo e a pilha é a prova. Julgamento: certo. A armadilha estaria numa versão que trocasse “no experimento do arco” por “em todos os experimentos” (Galvani tinha a contração sem metal, que Volta não refutou) ou que concluísse “a eletricidade animal não existe” (existe: o potencial de ação).

1820–1831: a bússola que girou e o ímã que gerou corrente

A pilha mudou o que se podia fazer. Pela primeira vez havia corrente por minutos ou horas, e com ela foi possível descobrir efeitos que a descarga da Jarra, de milésimos de segundo, escondia. Humphry Davy, em Londres, usou uma pilha de centenas de pares para isolar o potássio e o sódio (1807) e produzir o arco elétrico entre pontas de carvão (1808), a primeira luz elétrica. Mas o passo decisivo veio de Copenhague.

Hans Christian Oersted (1777–1851), professor de física, acreditava, por razões filosóficas, que as forças da natureza estavam ligadas entre si, e procurava havia anos uma conexão entre eletricidade e magnetismo. Em abril de 1820, durante uma aula, passou a corrente de uma pilha por um fio de platina colocado paralelo a uma agulha de bússola, e a agulha girou, ficando quase perpendicular ao fio. Invertendo a corrente, a agulha girava para o outro lado. Oersted repetiu em julho com uma pilha maior e publicou em 21 de julho de 1820 um folheto em latim de quatro páginas, enviado a todas as academias da Europa. O efeito era pequeno, mas o que ele significava era enorme: a corrente elétrica produz efeito magnético. Gilbert tinha separado os dois fenômenos em 1600; Oersted os juntou em 1820. A mesma observação, lida em outra prova, deu o item 84 do PAS 3 de 2022, que descreveu Oersted corretamente (“uma pequena agulha magnetizada sofria desvios quando próxima a um fio metálico com corrente elétrica”) e plantou o erro na física: o desvio seria “ainda maior quanto mais afastada do fio” a agulha estivesse; errado, o campo da corrente enfraquece com a distância.

A notícia chegou a Paris em setembro. Em duas semanas, André-Marie Ampère (1775–1836) apresentou à Academia a ideia que faltava: se corrente age sobre ímã, corrente deve agir sobre corrente. Mostrou dois fios paralelos que se atraem quando as correntes têm o mesmo sentido e se repelem quando têm sentidos opostos, propôs que o magnetismo dos ímãs vem de correntes microscópicas dentro deles, e entre 1820 e 1827 construiu a teoria matemática da força entre correntes, que batizou de eletrodinâmica. Dominique Arago, no mesmo ano, mostrou que uma corrente imanta o ferro, e em 1825 William Sturgeon fez o primeiro eletroímã. Em 1827, em Colônia, Georg Simon Ohm (1789–1854) publicou O circuito galvânico tratado matematicamente: a corrente num condutor é proporcional à tensão aplicada e inversamente proporcional a uma propriedade do condutor, a resistência. Foi recebido com indiferença e hostilidade na Alemanha, deixou o cargo em Colônia, e só foi reconhecido em 1841, com a medalha Copley da Royal Society. A lei leva o nome dele e está na página resistência elétrica e leis de Ohm.

O inverso de Oersted, o ímã produzindo corrente, demorou onze anos e foi obra de Michael Faraday (1791–1867), filho de ferreiro, aprendiz de encadernador, assistente de Davy e depois diretor do laboratório da Royal Institution, em Londres. Em 1821 Faraday já tinha feito um fio com corrente girar em torno de um ímã, o primeiro motor elétrico, rudimentar. Em 29 de agosto de 1831 enrolou duas bobinas num anel de ferro, ligou uma a uma pilha e a outra a um galvanômetro, e viu a agulha saltar no instante em que ligava e no instante em que desligava a pilha, e ficar parada no meio. Em outubro, mostrou que empurrar um ímã para dentro de uma bobina gera corrente enquanto o ímã se move, e que um disco de cobre girando entre os polos de um ímã produz corrente contínua, o primeiro gerador. A regra que extraiu: a corrente induzida aparece quando o fluxo magnético que atravessa o circuito varia. Heinrich Lenz, em 1834, acrescentou o sentido: a corrente induzida se opõe à variação que a produz. A física está na página de indução eletromagnética; a história pede só isto: Oersted 1820 (corrente gera magnetismo), Faraday 1831 (magnetismo variável gera corrente), e um ano para cada.

Dois nomes completam o vocabulário do circuito. James Prescott Joule mostrou em 1841 que o calor liberado por um condutor é proporcional ao quadrado da corrente e à resistência (a lei de Joule, usada em potência elétrica), e nos anos seguintes mediu a conversão de trabalho em calor, a história contada em história da termodinâmica. Gustav Kirchhoff tinha 21 anos quando, em 1845, enunciou as duas regras, a dos nós e a das malhas, com que se resolve qualquer circuito; são as leis de Kirchhoff.

Da bancada à rua: telégrafo, lâmpada e dínamo

A primeira aplicação em escala da pilha e do eletroímã foi o telégrafo. Samuel Morse e Alfred Vail, nos Estados Unidos, e William Cooke e Charles Wheatstone, na Inglaterra, construíram sistemas práticos na década de 1830; em 24 de maio de 1844, a linha Washington–Baltimore transmitiu a primeira mensagem pública em código Morse. Em 1866 um cabo submarino ligou a Europa à América do Norte; em 1874, o Brasil foi ligado a Portugal por cabo, e o Rio de Janeiro já tinha linhas telegráficas desde 1852. Pela primeira vez a informação viajava mais depressa que uma pessoa. O telefone de Graham Bell, patenteado em 1876, é a mesma física com a voz no lugar do código; Dom Pedro II viu a demonstração na Filadélfia em 1876, e em 1877 havia telefone em Petrópolis.

A luz veio em duas formas. O arco de Davy, entre pontas de carvão, virou lâmpada de rua nas décadas de 1870 e 1880 (foi com seis lâmpadas de arco que a Estação Central da Estrada de Ferro D. Pedro II, no Rio, teve a primeira iluminação elétrica do Brasil, em 1879), mas era forte demais, barulhenta e consumia os carvões. A lâmpada incandescente, um filamento que brilha ao esquentar dentro de um bulbo sem ar, foi perseguida por dezenas de inventores desde a década de 1840. Joseph Swan, em Newcastle, demonstrou uma lâmpada de filamento de carvão em fevereiro de 1879; Thomas Edison, em Menlo Park, obteve em outubro de 1879 um filamento de carvão que durou mais de 13 horas e, no ano seguinte, filamentos de bambu carbonizado que duravam centenas. Edison e Swan chegaram a disputar patentes e acabaram sócios na Inglaterra (Ediswan, 1883).

A central só existia porque existia o dínamo. O disco de Faraday de 1831 produzia correntes minúsculas. Hippolyte Pixii, em Paris, construiu em 1832 o primeiro gerador com ímã girando diante de bobinas, e Ampère sugeriu o comutador que transformava a saída alternada em contínua. Nas décadas seguintes os geradores cresceram: em 1866–1867 Werner Siemens e Charles Wheatstone mostraram, independentemente, que o gerador podia usar eletroímãs alimentados pela própria corrente que produzia, dispensando os ímãs permanentes (o princípio dínamo-elétrico), e em 1871 Zénobe Gramme apresentou à Academia de Paris um dínamo de anel capaz de fornecer corrente contínua em escala industrial. O PAS 3 de 2011 trouxe como texto-base uma matéria da Ciência Hoje sobre um museu virtual dessas máquinas, “criadas no período de 1820 a 1890”, que registrava: “A primeira delas foi montada em 1832, sem interesse comercial. Essa máquina, reconhecida como o primeiro gerador elétrico, era precária em rendimento. A máquina de Gramme é considerada a última produção do chamado período romântico das invenções. Depois dela, as criações eletromecânicas passaram a ser exploradas comercialmente.” É a máquina de Pixii e o dínamo de Gramme, com as datas certas. Em 1873, numa exposição em Viena, Hippolyte Fontaine, sócio de Gramme, ligou por engano dois dínamos e o segundo começou a girar: o dínamo funcionava ao contrário como motor. A física do gerador está em geração de energia elétrica e em geradores e receptores.

A guerra das correntes: CC × CA e Niágara (1886–1896)

A rede de Edison tinha um problema que a física explica em uma linha. Para levar potência $P = Vi$ por um cabo, quanto menor a tensão $V$, maior a corrente $i$, e a perda no cabo cresce com $i^2 R$ (Joule, 1841). A 110 V, a corrente era grande, a perda era grande, e a central só servia a quem morasse a poucas centenas de metros. Cidade grande precisaria de uma central a cada bairro. Subir a tensão reduziria a corrente, mas em corrente contínua não havia como subir a tensão para transmitir e descê-la para usar.

Em corrente alternada havia: o transformador, duas bobinas num núcleo de ferro, que é o anel de Faraday de 1831 posto a trabalhar. Lucien Gaulard e John Gibbs demonstraram um em 1884, em Turim; William Stanley, trabalhando para George Westinghouse, construiu um sistema completo e iluminou Great Barrington, Massachusetts, em março de 1886, com uma linha a 3 000 V abaixada para 500 V e depois para 100 V nas casas. A Westinghouse Electric passou a vender redes de corrente alternada, e Edison, que tinha investido tudo em corrente contínua, começou a combatê-las.

A guerra das correntes (1886–1893) foi uma disputa comercial travada em público. Do lado de Edison, panfletos e demonstrações sobre o perigo da alta tensão, eletrocussões de animais diante de jornalistas organizadas por Harold Brown, e a campanha para que a primeira cadeira elétrica do estado de Nova York (usada em 1890) fosse movida por um gerador Westinghouse, para associar a marca à morte. Do lado de Westinghouse, os contratos: a iluminação da Exposição Universal de Chicago, em 1893, com cerca de cem mil lâmpadas incandescentes em corrente alternada, e, no mesmo ano, o contrato para as Cataratas do Niágara. Nikola Tesla (1856–1943), engenheiro sérvio que tinha trabalhado brevemente para Edison, patenteou em 1888 o motor de indução e o sistema polifásico, que resolvia o que faltava à corrente alternada: um motor prático. Westinghouse comprou as patentes. A usina de Niágara, com alternadores de 5 000 cavalos projetados segundo as patentes de Tesla, enviou a primeira corrente a uma fábrica de alumínio em 26 de agosto de 1895 e, em novembro de 1896, a Buffalo, a cerca de 40 km. A partir daí, geração longe do consumo, transmissão em alta tensão e distribuição em baixa viraram o desenho de toda rede elétrica, inclusive a que chega à sua casa.

Faltava um detalhe que só chegou no fim: o que se movia nos fios. Em 1897, J. J. Thomson, em Cambridge, mediu a razão carga/massa dos raios catódicos e mostrou que eram partículas muito mais leves que o átomo, com carga negativa: o elétron. Toda a história desta página, de Tales a Niágara, foi feita sem saber que a corrente era um fluxo de elétrons, e Franklin tinha escolhido o sinal de modo que eles ficassem negativos. Isso não torna nada do que veio antes “errado”: a lei de Coulomb, a de Ohm, a indução de Faraday e as equações de Maxwell não dependem de saber o que é a carga.

O Brasil acende cedo (1879–1963)

A eletrificação brasileira começou quase junto com a mundial, o que surpreende quem imagina um país atrasado em tudo. Dom Pedro II tinha interesse pessoal pelo assunto: na Exposição do Centenário, na Filadélfia, em 1876, testou o telefone de Bell, acompanhou de perto as demonstrações de Edison nos anos seguintes, e o país trouxe a tecnologia com rapidez.

• 1879: a Estação Central da Estrada de Ferro D. Pedro II, no Rio de Janeiro, é iluminada com seis lâmpadas de arco: a primeira instalação elétrica permanente do país.
• 24 de junho de 1883: Campos dos Goytacazes, no norte fluminense, inaugura, com a presença do imperador, a primeira iluminação pública elétrica da América do Sul e uma das primeiras do mundo, 39 lâmpadas alimentadas por uma central a vapor de 52 kW. No mesmo ano, em Diamantina, uma pequena usina hidrelétrica no Ribeirão do Inferno passa a mover bombas de uma mineração: a primeira hidrelétrica do país, privada.
• 5 de setembro de 1889: a usina de Marmelos, no rio Paraibuna, em Juiz de Fora, construída pelo industrial Bernardo Mascarenhas para sua fábrica de tecidos e para a iluminação da cidade, é a primeira hidrelétrica de serviço público da América do Sul, dois anos antes do primeiro sistema de transmissão em alta tensão da Europa (Lauffen–Frankfurt, 1891) e seis anos antes de Niágara.
• 8 de outubro de 1892: o Rio de Janeiro inaugura a primeira linha de bondes elétricos da América do Sul, da Companhia Ferro-Carril do Jardim Botânico. O bonde elétrico, que o PAS 3 cobrou em 2017 como circuito (reostato, fusível, motor), é a aplicação do motor elétrico ao transporte, quatro anos depois das patentes de Tesla.
• 1899–1908: a Light (São Paulo Tramway, Light and Power, fundada em Toronto em 1899; Rio de Janeiro Tramway, Light and Power, 1904) constrói usinas (Parnaíba, 1901; Fontes, 1908), redes de bondes e distribuição nas duas maiores cidades: nasce a eletricidade como serviço de grande empresa, estrangeira, em corrente alternada. Belo Horizonte, a nova capital de Minas, já nasceu com luz elétrica em 1897.
• 1958–1963: Brasília nasce elétrica. Antes da inauguração (21 de abril de 1960) a Novacap instalou motores diesel e a pequena hidrelétrica de Saia Velha (1958); a usina do Paranoá, no lago da cidade (30 MW), entrou em operação em 1962; a usina de Furnas, no rio Grande, em Minas Gerais, começou a operar em 1963 e suas linhas de transmissão ligaram a capital ao sistema do Sudeste. A Companhia de Eletricidade de Brasília (CEB) foi criada em 1968. Brasília nunca conheceu iluminação a gás ou a querosene como serviço: nasceu com rede elétrica, e a eletricidade chegou antes dos moradores.

Hoje o Brasil tem uma das maiores participações de hidrelétricas do mundo na matriz elétrica, a herança direta de Marmelos; o detalhe e os números estão em geração de energia elétrica.

A eletricidade muda a sociedade: medicina, informação, trabalho

A história da eletricidade não é só a história de quem a entendeu; é a de como ela mudou o que as pessoas podiam fazer, e a matriz do PAS 3 pede exatamente essa leitura, “elementos de Filosofia e História das Ciências da Natureza”, ao lado dos conhecimentos físicos.

Medicina. A eletricidade foi remédio antes de ser ciência: no século XVIII, choques de Jarra de Leiden eram aplicados a paralíticos, e o próprio Franklin tratou pacientes sem resultado duradouro. Galvani e Aldini abriram, com a eletricidade animal, o caminho que levou ao eletrocardiograma (Willem Einthoven, 1903: a corrente que o coração produz, lida na pele, mostra se ele bate bem), ao desfibrilador (uma descarga, hoje de um capacitor, que reinicia um coração em fibrilação: o primeiro uso em humano com sucesso foi em 1947, e o PAS 3 de 2018 trouxe um desfibrilador como texto-base para cobrar capacitor), ao marca-passo implantável (1958) e à eletroencefalografia. O potencial de ação de Bernstein virou a base da neurociência; a Jarra de Galvani virou o desfibrilador.

Informação. O telégrafo (1844) separou a informação do transporte; o telefone (1876), o rádio (Marconi, 1895–1901, com as ondas de Hertz) e tudo o que veio depois são filhos de Oersted, Faraday e Maxwell. O cabo submarino de 1874 pôs o Brasil a minutos da Europa, quando antes a notícia levava semanas de navio.

Trabalho e cidade. A luz elétrica estendeu o dia de trabalho e de lazer; o motor elétrico, a partir de 1890, substituiu o eixo a vapor que atravessava a fábrica inteira por um motor em cada máquina; o bonde e o metrô redesenharam a cidade; a geladeira mudou a comida. A Segunda Revolução Industrial, que a História cobra no PAS, tem a eletricidade como uma de suas bases técnicas, ao lado do aço e do petróleo, e a geração “longe do consumo” de Niágara e de Marmelos é o que permitiu que as fábricas se instalassem onde há gente, e não onde há queda d’água.

O que aconteceu e quando: a linha do tempo que protege do anacronismo

Os anacronismos que a prova planta

Item de história da ciência se confere com o mesmo protocolo das páginas de história da astronomia e história da termodinâmica: quem fez, quando, antes ou depois de quem, e o verbo. Os erros de fábrica desta história são estes.

1. Pilha antes da Jarra. “Com a pilha de Volta, tornou-se possível construir a Jarra de Leiden”: a Jarra é de 1745–1746; a pilha, de 1800. Com a Jarra, Galvani trabalhava; a pilha veio da crítica a Galvani.
2. Atribuição trocada no embate. “Volta defendeu a eletricidade animal” ou “Galvani construiu a pilha”. Galvani: eletricidade animal, De viribus, 1791. Volta: eletricidade de contato, pilha, 1800.
3. Vencedor absoluto. “Volta provou que a eletricidade animal não existe” ou “a pilha encerrou a eletrofisiologia”. A pilha provou que a pilha dispensa o animal; o nervo é elétrico (eletroquímico), e Galvani é o pai da eletrofisiologia.
4. Franklin “descobriu a eletricidade” ou “foi atingido por um raio”. Franklin propôs o fluido único e os sinais (1747–1751) e mostrou, pela pipa (1752), que o raio é eletricidade; a haste de Marly, de Dalibard, veio antes, em maio do mesmo ano, seguindo o livro dele.
5. Gilbert “descobriu” a eletricidade, ou inventou a bússola. Gilbert (1600) nomeou, classificou e separou do magnetismo um efeito conhecido havia dois mil anos.
6. Coulomb antes dos efeitos, ou Du Fay depois de Franklin. A ordem é Gray (1729) → Du Fay (1733) → Leiden (1746) → Franklin (1747–1752) → Coulomb (1785).
7. Oersted e Faraday trocados. Oersted (1820): corrente produz efeito magnético. Faraday (1831): variação de magnetismo produz corrente. Um item que faz Faraday descobrir que a corrente desvia a bússola, ou que faz Oersted inventar o gerador, erra a atribuição; um item que diz que a lei de Faraday faz “correntes estacionárias” deixarem de gerar campo, como o 86 do PAS 3 de 2025, erra a física (é Ampère quem rege a corrente constante).
8. Tesla “inventou a corrente alternada”; Edison “inventou a lâmpada”. Tesla: motor de indução e sistema polifásico (1888). Edison: a lâmpada de filamento de carvão viável (1879) e o sistema de distribuição (1882); Swan acendeu a dele em fevereiro de 1879.
9. O Brasil “atrasado”. Campos dos Goytacazes (1883) é um ano depois de Pearl Street; Marmelos (1889) é seis anos antes de Niágara; os bondes do Rio (1892) são dos primeiros do mundo.
10. “Descartou”, “provou definitivamente”, “encerrou”. A ciência desta página é feita de correções parciais: Franklin corrigiu Du Fay sem apagá-lo; Volta corrigiu Galvani num experimento e foi corrigido pela eletroquímica no mecanismo; Maxwell não “descartou” Faraday, traduziu-o. O verbo que a banca premia é o do processo coletivo: “contribuiu”, “deu sequência”, “ampliou”, “reinterpretou”.

Como a banca cobra. O código CN-E06, que a matriz do PAS 3 reserva à história da eletricidade e do magnetismo, junto com a da física moderna, foi criado em dezembro de 2022, e o objetivo CN12 nomeia três endereços: fluido galvânico, Experiência de Volta, Pilhas Eletroquímicas. Nas 18 provas da 3.ª etapa de 2008 a 2025, nenhum item foi classificado nesse código. A obra da matriz, porém, já foi texto-base: em 2025, os itens 32 e 33 partiram do parágrafo sobre as rãs e a Jarra de Leiden e cobraram, pela Química, a pilha como célula eletroquímica (32, errado: converte energia química em elétrica, espontaneamente) e a explicação da contração da rã pelo par ferro–cobre (33, certo). Em 2022, o item 84 descreveu Oersted corretamente e errou a física da distância. E o molde do item de história foi dado pelo PAS 2 de 2024, com Newton “dando sequência” a Galileu e Kepler (item 99, certo) e Copérnico “contribuindo” para o heliocentrismo (item 101, certo): verbo de continuidade, processo coletivo, e o erro plantado em anacronismo ou atribuição. Leia o texto-base procurando nomes, datas e verbos; a resposta costuma estar neles.

O essencial em meia página

• Antiguidade a 1600: âmbar (élektron) atritado atrai palhas, magnetita atrai ferro; Tales por tradição. Gilbert (1600), De Magnete: a Terra é um ímã; o versório; “elétricos” são os corpos que atraem depois de atritados; eletricidade não é magnetismo.
• Século XVIII, o século da eletrostática: máquinas de Guericke e Hauksbee; Gray (1729), a eletricidade passa (condutor × isolante); Du Fay (1733), duas eletricidades, iguais se repelem; Jarra de Leiden (1745–1746), o primeiro capacitor, descarga única; Franklin (1747–1752), fluido único, + e −, conservação da carga, a pipa prova que o raio é faísca (Dalibard em Marly veio antes, maio de 1752), para-raios; Coulomb (1785), balança de torção, a lei.
• Galvani (1781, 1791): a rã, a faísca, o arco de dois metais; a eletricidade animal (fluido galvânico) guardada no músculo à maneira de uma Jarra. Volta (1792–1800): a fonte é o par de metais diferentes, e a rã não passa de detector; a pilha (zinco, prata, pano salgado, em série) dá corrente contínua sem animal; carta a Banks, 1800. Quem tinha razão: Volta, sobre a fonte no arco bimetálico (e a pilha funciona); Galvani, sobre o impulso nervoso ser elétrico (Bernstein, potencial de ação, 1868; teoria da membrana, 1902). Volta errava o mecanismo: a tensão vem da reação química, não do contato. PAS 3 2025/32 (E) e 33 © cobraram isso pela Química.
• 1820–1873, a eletricidade vira eletromagnetismo: Oersted (1820), corrente desvia a bússola (PAS 3 2022/84: o desvio diminui com a distância); Ampère (1820–1827), corrente age sobre corrente; Ohm (1827); Faraday (1831), variação de fluxo gera corrente, o gerador; Lenz 1834, Joule 1841, Kirchhoff 1845; Maxwell (1865), o campo, a luz é onda eletromagnética; Hertz 1887.
• Da bancada à rua: telégrafo (1844), telefone (1876); Pixii 1832, Gramme 1871 (dínamo); lâmpada: Swan e Edison (1879); Pearl Street (1882), corrente contínua a 110 V, alcance de quadras; transformador (1884–1886) e corrente alternada; Tesla (1888), motor de indução; guerra das correntes (1886–1893): disputa Edison × Westinghouse, vencida pelo transformador; Niágara (1895–1896): geração longe, transmissão em alta tensão. Elétron só em 1897 (Thomson).
• Brasil: arco na Estação Central do Rio (1879); Campos dos Goytacazes (24/6/1883), primeira iluminação pública elétrica da América do Sul; Marmelos (5/9/1889), primeira hidrelétrica de serviço público; bondes do Rio (1892); Light (1899–1908); Brasília nasce elétrica: Saia Velha 1958, Paranoá 1962, Furnas 1963.
• Sociedade: eletrocardiograma (1903), desfibrilador (1947), marca-passo (1958) descendem de Galvani; telégrafo e rádio, de Oersted, Faraday e Maxwell; o motor elétrico redesenhou fábrica e cidade.
• Protocolo do item: quem, quando, antes ou depois de quem, com que verbo. Desconfie de “inventou a eletricidade”, “provou que não existe”, “encerrou”, “descartou”, e de qualquer pilha anterior à Jarra.