CURIOSIDADES DA FÍSICA
José Maria Filardo Bassalo
www.bassalo.com.br

Efeito Pinch e o Plasma.

 

Conforme vimos em verbete desta série, em 1745, o médico e físico holandês Pietr van Musschenbroek (1692-1761), na Universidade de Leiden, inventou um dispositivo para armazenar o effluvium elétrico, uma espécie de “atmosfera” que envolvia os corpos eletrizados, e que rapidamente se “evaporava”. Esse dispositivo, conhecido como garrafa de Leiden (hoje, condensador), era utilizado em experiências envolvendo descargas elétricas. Mais tarde, em 1785, o médico holandês Martin (Martinus) van Marum (1750-1837) publicou o primeiro volume de sua obra intitulada Verhandelingen uitgeven door Teyler´s tweede Genootschap, na qual registrou suas experiências com a garrafa de Leiden e, em 1787, publicou o segundo volume. Em 1790, com 100 dessas garrafas, Marum aproximou-as de um fio, produzindo, em cada minuto, cerca de 300 chispas de fogo com 60 cm de comprimento [A. Kistner, Historia de la Física (Editorial Labor, 1934)], constituindo-se em verdadeira explosão. Esse fenômeno só foi explicado, em 1905 (Proceedings of the Royal Society, New South Wales 39, p. 131), por J. A. Pollock e J. Barraclough quando observaram o encurtamento e a distorção do comprimento de um tubo de cobre (Cu) no qual passava um bastão incandescente, em decorrência da passagem de uma alta corrente elétrica através dele. Para eles, o que aconteceu com o tubo de cobre decorreu da interação entre o fluxo da corrente com o campo magnético criado por esse fluxo. Logo depois, em 1907 (Physical Review 24, p. 474), E. F. Northrupp analisou um fenômeno parecido que havia ocorrido em metais líquidos [en.wikipedia.org/wiki/Pinch_(plasma_physics)].

                   Esse tipo de fenômeno só voltou a ser estudado na década de 1930. Com efeito, em 1929 (Physical Review 33, p. 195), os físicos norte-americanos Irving Langmuir (1881-1957; PNQ, 1932) e Lewi Tonks (1897-1971) estudaram a descarga elétrica nos gases, ocasião em que introduziram o termo plasma para representar um gás altamente ionizado. Mais tarde, em 1934 (Physical Review 45, p. 890), o físico norte-americano Willard Harrison Bennett (1903-1987) mostrou que a descarga de uma alta corrente através de um plasma poderia constrangê-lo (apertá-lo) lateralmente. O mecanismo básico desse fenômeno, conhecido como efeito pinch, é a interação de uma corrente elétrica (cargas elétricas em movimento) com o seu próprio campo magnético ou, equivalentemente, a atração entre fios de correntes paralelas. Note-se que a compressão das cargas elétricas aumenta a energia armazenada em um campo magnético.  Esse efeito foi também predito por Tonks, em 1939 (Physical Review 56, p. 369).

                   A possibilidade de usar o efeito pinch como um reator de fusão foi proposta pelos físicos ingleses Sir George Paget Thomson (1892-1975; PNF, 1937) e M. Blackman ao Departamento de Patentes da Inglaterra, cuja patente foi-lhes concedida, em 1946: British Patent 817.681. Em 1950, os físicos russos Igor Yevgenyevich Tamm (1895-1971; PNF, 1958) e Andrey Dmitriyevich Sakharov (1921-1989; PNPaz, 1975), foram os primeiros a sugerir o uso do efeito pinch para controlar um plasma quente em um campo magnético [Lev Artsimovitch, Physique Élémentaire des Plasmas (Éditions de la Paix, s/d)]. Contudo, o grande problema de usar o plasma é a sua instabilidade. Por exemplo, em 1954 (Proceedings of the Royal Society of London A223, p. 348), os físicos ingleses Martin David Kruskal (1925-2006) e Martin Schwarzchild (1912-1997) previram a instabilidade de uma coluna de plasma.  A instabilidade inerente do efeito pinch foi demonstrada pelo físico norte-americano Marshall N. Rosenbluth (n.1927), em 1956 (Los Alamos Report LA-2030). Ainda em 1956 (Reviews of Modern Physics 28, p. 338), o físico norte-americano Richard Freeman Post (n.1918) fez uma discussão sobre o controle da fusão nuclear. Concluindo este verbete, registramos que um estudo teórico do plasma e de sua história, podem ser vistos em: John R. Reitz and Frederick J. Milford, Foundations of Electromagnetic Theory (Addison-Wesley Publishing Company, Inc., 1960; John David Jackson, Classical Electrodynamics (John Wiley and Sons, 1975); Richard F. Post, Plasma Physics in the Twentieth Century, IN: Twentieth Century Physics III (Institute of Physics Publishing and American Institute of Physics Press, 1995); Artsimovitch, op. cit.; e no site indicado acima.