SEARA DA CIÊNCIA
CURIOSIDADES DA FÍSICA
José Maria Bassalo

Voigt, Stark e Lo Surdo: Efeito Stark-Lo Surdo

 

Em 1886 (Sitzungsberichte der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, p. 691), o físico alemão Eugen Goldstein (1850-1931) realizou experiências com tubos de vácuo (também conhecidos como tubos de Geissler ou ampolas de Crookes) na tentativa de entender a intensa luminosidade junto ao catodo desses tubos. Desse modo, acreditando ser ela devida ao impacto de algum agente nesse eletrodo, abriu nestes uns buracos (canais) e verificou que havia, também, uma certa luminosidade por detrás desse mesmo eletrodo (catodo), devido a certos raios que se dirigiam em sentido contrário aos raios catódicos (raios esses também descobertos por Goldstein, em 1876, e que se dirigiam para o anodo). Em vista disso, ele deu a esses “novos raios” o nome de raios canais. Note-se que, em 1895 (Comptes Rendus de l´Academie de Sciences de Paris 121, p. 1130), o físico francês Jean Baptiste Perrin (1870-1942; PNF, 1926) mostrou que os “raios catódicos” eram partículas eletrizadas negativamente, enquanto que os “raios canais” eram também partículas eletrizadas, porém, positivamente. Em 1897, o físico inglês Sir Joseph John Thomson (1856-1940; PNF, 1906) mostrou que os “raios catódicos” eram elétrons (vide verbete nesta série). 

Por outro lado, em 1901 (Annalen der Physik 4, p. 197), o físico alemão Woldemar Voigt (1850-1919) previu um efeito elétrico semelhante ao efeito Zeeman, ou seja, a separação das linhas espectrais por um campo elétrico forte. Contudo, tentando explicar esse provável efeito por intermédio da Física Clássica, ele concluiu que, para um campo elétrico de 300 volts/cm, haveria apenas uma separação de 1/20.000 entre as linhas D do sódio (Na) e, portanto, era, segundo ele, inobservável, conforme nos conta o historiador da ciência e matemático inglês Sir Edmund Taylor Whittaker (1873-1956), no livro A History of the Theories of Aether and Electricity. The Modern Theories: 1900-1926 (Thomas Nelson and Sons Ltd., 1953). Observe-se que, antes, em 1899, Voigt já observara uma certa perturbação elétrica nos átomos em seus estudos sobre o efeito magnético-elétrico-óptico nos cristais [Stanley Goldberg IN Gillispie, C. C. (Editor), Dictionary of Scientific Biography, Charles Scribner´s Sons, 1981].

Em 1904, o físico alemão Johannes Stark (1874-1957; PNF, 1919) criou a Revista Científica Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik com o objetivo de publicar trabalhos sobre as partículas (“raios catódicos” e “raios canais”) recentemente descobertas, conforme nos fala o historiador da ciência e físico canadense Armin Hermann (n.1933) IN Dictionary of Scientific Biography (op. cit.). A leitura desses trabalhos e de outros relacionados com tais descobertas levaram Stark a estudar o efeito Doppler (ver verbete nesta série) dos raios canais que, segundo observação realizada pelo físico alemão Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien (1864-1928; PNF, 1911), ocorria em partículas rápidas. Assim, a partir de 1905, Stark realizou uma série de trabalhos nesse tema e que foram publicados na Physikalische Zeitschrift, nos números: 6, p. 892 (1905); 7, p. 249 (1906); 8, p. 81 (1907); 9, p. 767 (1908); 10, p. 579 (1909); e 11, p. 179 (1910).

Além dessa pesquisa sobre o efeito Doppler em raios canais, Stark também estudou o problema do espectro de banda e de linha (raias espectrais). Com efeito, logo em 1907 (Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik 4, p. 231), Stark percebeu uma relação entre o campo elétrico e as raias espectrais, pois, nesse trabalho, afirmou que o espectro de banda (contínuo) dos elementos era devido à excitação dos corpos neutros, e que o espectro de linha (discreto) era devido à excitação dos átomos ionizados que, por sua vez, são eletricamente carregados. No ano seguinte, em 1908 (Physikalische Zeitschrift 9, p. 85), Stark propôs um modelo segundo o qual as séries espectrais se relacionavam com o processo de ionização de átomos e moléculas, e que sua freqüência era ligada ao potencial de ionização V por intermédio da relação: hn = eV. Em 1911, Stark publicou seu famoso livro intitulado Prinzipen der Atomdynamik II: Die Elementare Strahlung (S. Hirzel Verlag), no qual desenvolveu suas idéias sobre o espectro dos elementos químicos. Essas idéias foram também apresentadas, de maneira independente, pelo físico inglês Frank Horton (1878-1957), ainda em 1911 (Philosophical Magazine 22, p. 214).

A descoberta da separação das linhas espectrais por ação do campo elétrico (que representa a segunda parte do crédito do PNF atribuído a Stark; a outra parte foi devida ao efeito Doppler das raias espectrais), decorreu de uma experiência que ele realizou, em outubro de 1913, na qual observou a passagem de raios canais em uma mistura de hidrogênio (H) e hélio (He). Ele então percebeu que as linhas Ha e Hb do hidrogênio, quando vistas na direção perpendicular a um campo eletrostático E forte, entre 10.000 e 31.000 volts/cm, estabelecido no tubo de raios canais, se desdobravam em cinco componentes, sendo que as oscilações das três componentes internas (de fraca intensidade) eram paralelas à direção do campo e as oscilações das duas outras componentes externas (de forte intensidade) eram perpendiculares a esse mesmo campo. Observou, também, que a distância entre essas componentes era proporcional a E. É ainda interessante destacar que, para o He, Stark observou que o efeito do campo elétrico sobre as linhas das séries p (``principal’’) e s (``sharp’’) era muito pequeno, mas o efeito sobre a série d (``diffuse’’) era da mesma ordem de grandeza das séries do H, embora de tipo diferente. Essa descoberta foi comunicada à Academia Prussiana de Ciência, em 20 de novembro de 1913, e publicada no Sitzungsberichte Königlich Preussische Akademie der Wissenschaften zu Berlin 40, p. 932, em 1913, com o título: Beobachtungen über den Effekt des elektrischen Feldes auf Spektrallinien. Destaque-se que, ainda em 1913 (Atti del Academia Reale del Lincei 22, p. 664), o físico italiano Antonino Lo Surdo (1880-1949) fez uma observação análoga à de Stark estudando a ação de um campo elétrico sobre o espectro de emissão de um gás. Daí esse efeito também ser conhecido como efeito Stark–Lo Surdo.

Outras experiências realizadas por Stark sobre esse efeito foram publicadas na Physikalische Zeitschrift 15, p. 265 (1914); no Verhandlungen der Deustschen Physikalische Gesellschaft 16, p. 327 (1914); na Nachrichten Königlich Gesellschaft der Wissenchaften Göttingen, p. 427 (1914); nos Annalen der Physik 43, p. 965 (1914); nos Annalen der Physik 43, p. 983 (1914) (com George Wendt), nos Annalen der Physik 43, pgs. 991 e 1017 (1914) (com Heinrich Kirschbaum); nos Annalen der Physik 48, pgs. 193 e 210 (1915); nos Annalen der Physik 56, p. 569 (1918) (com O. Hardtke e G. Liebert); nos Annalen der Physik 56, p. 577 (1918); nos Annalen der Physik 58, p. 712 (1919) (com Hardtke); e nos Annalen der Physik 58, p. 712 (1919).

Na conclusão deste verbete, é oportuno destacar que, por haver aceito a ideologia nazista Hitleriana, em 1947, Stark foi julgado por uma corte alemã de desnazificação e condenado a quatro anos de trabalhos forçados. (Dictionary of Scientists, Oxford University Press, 1999).