O copo não deveria ter fervido. Mas sim.
Uma equipe de físicos atirou pequenos cubos de vidro em um forno com tensão elétrica sobre o que você obteria de uma tomada em sua casa. Havia eletricidade suficiente para aquecer o vidro, que já estava bastante quente devido ao calor ambiente do forno. Mas não deveria ter sido suficiente corrente para ferver o copo. O vidro não ferve até atingir temperaturas milhares de graus acima do que a corrente deveria ter produzido. E, no entanto, no forno, quando a corrente fluiu e criou um campo elétrico, os físicos viram um fino "fio de vapor" subindo da amostra de vidro.
Para que isso acontecesse, a corrente elétrica teria que se concentrar em uma parte do vidro, fornecendo sua energia de maneira desigual. Mas há um problema: isso é contra a lei.
O negócio é o seguinte: quando uma corrente elétrica passa por um material uniforme, é necessário aquecer o material inteiro uniformemente. Os cientistas chamam essa primeira lei de Joule, em homenagem ao químico britânico James Prescott Joule, que a descobriu no início da década de 1840. É um fato material com raízes na lei de conservação de energia, uma das regras mais fundamentais que governam nosso universo. E nós vemos isso no trabalho todos os dias; os filamentos das lâmpadas não teriam seu brilho agradável, mesmo sem a lei de Joule no trabalho.
Mas essa corrente parecia violar a lei. Não apenas o vapor subiu de algumas partes do vidro, mas um ponto de acesso (visível em uma câmera infravermelha) dançou vertiginosamente em sua superfície. De novo e de novo em seus experimentos, surgiram pontos de acesso.
"Este copo é uniforme no nível mais minucioso", Himanshu Jain, cientista de materiais da Universidade de Lehigh, em Bethlehem, Pensilvânia, e co-autor de um artigo que descreve o fenômeno publicado em 26 de fevereiro na revista Nature Scientific Reports.
O vidro é um isolador e não carrega bem a corrente; por menor que seja, espera-se transformar a maior parte dessa corrente em calor. O pensamento convencional sobre a primeira lei de Joule prevê que uma corrente elétrica aqueça o vidro uniformemente, fazendo com que derreta e se deforme lentamente, disse Jain à Live Science. E na maioria das circunstâncias, é exatamente isso que acontece.
"Observamos o amolecimento do vidro quente sob um campo elétrico", disse Jain, "e foi isso que ninguém havia feito antes".
Acontece que esse aquecimento desigual estava despejando cargas de energia perto do ânodo no vidro, o ponto de entrada da corrente. Assim, o vidro estava derretendo e evaporando ali, mesmo quando permanecia sólido em outro lugar. As temperaturas nos pontos quentes eram muito mais quentes que o resto do copo. Em um ponto, uma única região do vidro aqueceu cerca de 2.500 F (1.400 C) em menos de 30 segundos.
Então a lei de Joule foi violada? Sim e não, disse Jain; pensando macroscopicamente, parecia que sim. Microscopicamente falando, a resposta seria "não" - ela simplesmente não se aplicava ao vidro como um todo.
Sob a primeira lei de Joule, um campo elétrico uniforme deve aquecer um material uniformemente. Mas a altas temperaturas, o campo elétrico não apenas aquece o vidro - mas também altera sua composição química.
Os campos elétricos se movem através do vidro quando íons carregados positivamente (átomos desprendidos de elétrons carregados negativamente) são derrubados e carregam uma carga através do vidro, disse Jain. Os íons mais leves se movem primeiro, carregando a corrente elétrica.
O vidro nesta configuração foi feito de oxigênio, sódio e silício. O sódio, o íon leve e pouco ligado, fazia a maior parte do transporte de energia. Uma vez que o sódio mudou, mudou a composição química do vidro perto do ânodo. E uma vez que a química mudou, o vidro parecia mais dois materiais diferentes, e a lei de Joule não se aplicava mais uniformemente. Um ponto de acesso formado.
Ninguém havia notado o efeito antes, disse Jain, provavelmente porque não entra em ação até que o copo já esteja bem quente. O material desse experimento não desenvolveu pontos de acesso até que o forno atingisse cerca de 600 F (316 C). Isso não é muito quente para o vidro, mas é muito mais quente do que as condições sob as quais a maioria das máquinas elétricas que usam vidro e eletricidade trabalha.
Por enquanto, porém, os cientistas descobriram por que o copo estava fervendo quando não deveria. E isso é bastante emocionante por si só.
Nota do editor: Este artigo foi atualizado para indicar que a lei de Joule foi violada de uma perspectiva, mas não de outra, além de corrigir a composição química da configuração do vidro.
