Cavendish não se mantinha afastado de outros homens com um espírito orgulhoso ou altivo, recusando-se a considerá-los seus iguais. Ele se sentia separado deles por um grande abismo, que nem eles nem ele poderiam transpor, e através do qual era vão estender as mãos ou trocar saudações. Uma sensação de isolamento de seus semelhantes o fazia esquivar-se da sociedade deles e evitar sua presença, mas o fazia como alguém consciente de uma infirmidade, não se gabando de uma excelência.
Henry Cavendish foi um filósofo natural inglês, cientista e um importante químico e físico experimental e teórico. É notável pela sua descoberta do hidrogênio, que ele chamou de "ar inflamável". Ele descreveu a densidade do ar inflamável, que formava água na combustão, em um artigo de 1766, On Factitious Airs. Antoine Lavoisier posteriormente reproduziu o experimento de Cavendish e deu ao elemento seu nome.
Um homem notoriamente tímido, Cavendish foi não obstante distinguido por grande precisão e exatidão em suas pesquisas sobre a composição do ar atmosférico, as propriedades de diferentes gases, a síntese da água, a lei que governa a atração e repulsão elétrica, uma teoria mecânica do calor e cálculos da densidade e, portanto, da massa da Terra. Seu experimento para medir a densidade da Terra ficou conhecido como o experimento de Cavendish.
Biografia
Primeiros anos
Henry Cavendish nasceu em 10 de outubro de 1731 em Nice, onde sua família estava vivendo na época. Sua mãe era Lady Anne de Grey, quarta filha de Henry Grey, 1º Duque de Kent, e seu pai era Lord Charles Cavendish, terceiro filho de William Cavendish, 2º Duque de Devonshire. A família traçava sua linhagem ao longo de oito séculos até os tempos normandos, e estava intimamente conectada com muitas famílias aristocráticas da Grã-Bretanha. A mãe de Henry morreu em 1733, três meses após o nascimento de seu segundo filho, Frederick, e pouco antes do segundo aniversário de Henry, deixando Lord Charles Cavendish para criar seus dois filhos. Henry Cavendish era intitulado como "The Honourable Henry Cavendish".
A partir dos 11 anos, Henry frequentou a Newcome's School, uma escola particular perto de Londres. Aos 18 anos, em 24 de novembro de 1748, ele entrou na Universidade de Cambridge no St Peter's College, agora conhecido como Peterhouse, mas saiu três anos depois, em 23 de fevereiro de 1751, sem obter um diploma na época, uma prática comum. Ele então morou com seu pai em Londres, onde logo teve seu próprio laboratório.
Lord Charles Cavendish passou sua vida primeiro na política e depois cada vez mais na ciência, especialmente na Royal Society of London. Em 1758, ele levou Henry às reuniões da Royal Society e também aos jantares do Royal Society Club. Em 1760, Henry Cavendish foi eleito para ambos esses grupos, e foi diligente em sua frequência depois disso. Ele tomou praticamente nenhuma parte na política, mas seguiu seu pai na ciência, através de suas pesquisas e sua participação em organizações científicas. Ele era ativo no Conselho da Royal Society of London, para o qual foi eleito em 1765.
Seu interesse e expertise no uso de instrumentos científicos o levou a presidir um comitê para revisar os instrumentos meteorológicos da Royal Society e a ajudar a avaliar os instrumentos do Royal Greenwich Observatory. Seu primeiro artigo, Factitious Airs, apareceu em 1766. Outros comitês nos quais ele serviu incluíram o comitê de artigos, que escolhia os artigos para publicação nas Philosophical Transactions da Royal Society, e os comitês para o trânsito de Vênus em 1769, para a atração gravitacional de montanhas em 1774, e para as instruções científicas para a expedição de Constantine Phipps em 1773 em busca do Pólo Norte e da Passagem do Noroeste. Em 1773, Henry se juntou a seu pai como um trustee eleito do British Museum, ao qual dedicou uma boa quantidade de tempo e esforço. Logo após a Royal Institution of Great Britain ser estabelecida, Cavendish se tornou um gerente em 1800 e teve um interesse ativo, especialmente no laboratório, onde observou e ajudou nos experimentos químicos de Humphry Davy.
Pesquisa em química
Aproximadamente na época da morte de seu pai, Cavendish começou a trabalhar estreitamente com Charles Blagden, uma associação que ajudou Blagden a entrar plenamente na sociedade científica de Londres. Em troca, Blagden ajudou a manter o mundo a distância de Cavendish. Cavendish não publicou livros e poucos artigos, mas realizou muito. Várias áreas de pesquisa, incluindo mecânica, óptica e magnetismo, aparecem extensivamente em seus manuscritos, mas dificilmente aparecem em seu trabalho publicado. Cavendish é considerado um dos chamados químicos pneumáticos do décimo oitavo e décimo nono séculos, junto com, por exemplo, Joseph Priestley, Joseph Black e Daniel Rutherford. Cavendish descobriu que um gás definido, peculiar e altamente inflamável, ao qual se referia como "Ar Inflamável", era produzido pela ação de certos ácidos em certos metais. Este gás era hidrogênio, que Cavendish corretamente adivinhou ser proporcionado de dois para um na água.
Embora outros, como Robert Boyle, tivessem preparado gás hidrogênio anteriormente, Cavendish geralmente recebe o crédito por reconhecer sua natureza elementar. Em 1777, Cavendish descobriu que o ar exalado por mamíferos é convertido em "ar fixo" dióxido de carbono, não "ar flogistado" como previsto por Joseph Priestley. Além disso, ao dissolver álcalis em ácidos, Cavendish produziu dióxido de carbono, que ele coletou, junto com outros gases, em garrafas invertidas sobre água ou mercúrio. Ele então mediu sua solubilidade em água e sua gravidade específica, e anotou sua combustibilidade. Ele concluiu em seu artigo de 1778 "General Considerations on Acids" que o ar respirável constitui a acidez. Cavendish foi agraciado com a Medalha Copley da Royal Society por este artigo. A química dos gases era de importância crescente na segunda metade do século 18, e se tornou crucial para a reforma da química do francês Antoine-Laurent Lavoisier, geralmente conhecida como a revolução química.
Em 1783, Cavendish publicou um artigo sobre eudiometria, a medição da qualidade dos gases para respiração. Ele descreveu um novo eudiometro de sua invenção, com o qual obteve os melhores resultados até então, usando o que em outras mãos tinha sido o método inexato de medir gases pesando-os. Depois, após uma repetição de um experimento de 1781 realizado por Priestley, Cavendish publicou um artigo sobre a produção de água pura pela queima de hidrogênio em "ar desflogistado" ar no processo de combustão, agora conhecido por ser oxigênio. Cavendish concluiu que em vez de ser sintetizada, a queima de hidrogênio causava a condensação da água do ar. Alguns físicos interpretaram o hidrogênio como flogisto puro. Cavendish relatou suas descobertas a Priestley no máximo em março de 1783, mas não as publicou até o ano seguinte. O inventor escocês James Watt publicou um artigo sobre a composição da água em 1783; uma controvérsia sobre quem fez a descoberta primeiro se seguiu.
Em 1785, Cavendish investigou a composição do ar comum, ou seja, ar atmosférico, obtendo resultados impressionantemente precisos. Ele conduziu experimentos nos quais hidrogênio e ar ordinário foram combinados em proporções conhecidas e depois explodidos com uma faísca de eletricidade. Além disso, ele também descreveu um experimento no qual foi capaz de remover, em terminologia moderna, tanto os gases oxigênio quanto nitrogênio de uma amostra de ar atmosférico até que apenas uma pequena bolha de gás não reagido permanecesse na amostra original. Usando suas observações, Cavendish observou que, quando havia determinado as quantidades de ar flogistado nitrogênio e ar desflogistado oxigênio, havia um volume de gás equivalente a 1/120 do volume original de nitrogênio. Por medições cuidadosas, ele foi levado a concluir que "o ar comum consiste de uma parte de ar desflogistado".
Na década de 1890, cerca de 100 anos depois, dois físicos britânicos, William Ramsay e Lord Rayleigh, perceberam que seu gás inerte recém-descoberto, argônio, era responsável pelo resíduo problemático de Cavendish; ele não havia cometido um erro. O que ele havia feito foi realizar experimentos quantitativos rigorosos, usando instrumentos e métodos padronizados, objetivando resultados reproduzíveis; tomar a média do resultado de vários experimentos; e identificar e compensar fontes de erro. A balança que ele usou, feita por um artesão chamado Harrison, era a primeira das balanças de precisão do século 18, e tão precisa quanto a de Lavoisier, que se estima medir uma parte em 400.000. Cavendish trabalhou com seus fabricantes de instrumentos, geralmente melhorando os instrumentos existentes em vez de inventar completamente novos.
Cavendish, como indicado acima, usava a linguagem da velha teoria do flogisto em química. Em 1787, ele se tornou um dos primeiros fora da França a converter à nova teoria antiflogística de Lavoisier, embora permanecesse cético sobre a nomenclatura da nova teoria. Ele também se opôs à identificação de Lavoisier do calor como tendo uma base material ou elementar. Trabalhando dentro da estrutura do mecanismo newtoniano, Cavendish havia abordado o problema da natureza do calor na década de 1760, explicando o calor como resultado do movimento da matéria.
Em 1783, publicou um artigo sobre a temperatura em que o mercúrio congela e nesse artigo fez uso da ideia de calor latente, embora não usasse o termo porque acreditava que implicava aceitação de uma teoria material do calor. Ele tornou suas objeções explícitas em seu artigo de 1784 sobre ar. Ele passou a desenvolver uma teoria geral do calor, e o manuscrito dessa teoria foi persuasivamente datado do final da década de 1780. Sua teoria era ao mesmo tempo matemática e mecânica: continha o princípio da conservação do calor posteriormente entendido como uma instância de conservação de energia e até incluiu o conceito, embora não o rótulo, do equivalente mecânico do calor.
Densidade da Terra
Após a morte de seu pai, Henry comprou outra casa na cidade e também uma casa em Clapham Common construída por Thomas Cubitt, na época ao sul de Londres. A casa em Londres continha a maior parte de sua biblioteca, enquanto ele mantinha a maioria de seus instrumentos em Clapham Common, onde realizava a maioria de seus experimentos. O mais famoso desses experimentos, publicado em 1798, foi para determinar a densidade da Terra e ficou conhecido como o experimento de Cavendish. O aparelho que Cavendish usou para pesar a Terra era uma modificação do balanço de torção construído pelo inglês e geólogo John Michell, que morreu antes de poder começar o experimento. O aparelho foi enviado em caixas para Cavendish, que completou o experimento em 1797–1798 e publicou os resultados.
O aparelho experimental consistia em um balanço de torção com um par de esferas de chumbo de 2 polegadas (1,61 libras) suspensas do braço de um balanço de torção e duas bolas de chumbo muito maiores e estacionárias (350 libras). Cavendish pretendia medir a força de atração gravitacional entre as duas. Ele notou que o aparelho de Michell seria sensível a diferenças de temperatura e correntes de ar induzidas, então fez modificações isolando o aparelho em uma sala separada com controles externos e telescópios para fazer observações.
Usando este equipamento, Cavendish calculou a atração entre as bolas a partir do período de oscilação do balanço de torção, e então usou este valor para calcular a densidade da Terra. Cavendish descobriu que a densidade média da Terra é 5,48 vezes maior que a da água. John Henry Poynting posteriormente observou que os dados deveriam ter levado a um valor de 5,448, e de fato esse é o valor médio das vinte e nove determinações que Cavendish incluiu em seu artigo. O que era extraordinário sobre o experimento de Cavendish era sua eliminação de cada fonte de erro e cada fator que poderia perturbar o experimento, e sua precisão ao medir uma atração assombrosamente pequena, meros 1/50.000.000 do peso das bolas de chumbo. O resultado que Cavendish obteve para a densidade da Terra está dentro de 1 por cento da figura atualmente aceita.
O trabalho de Cavendish levou outros a valores precisos para a constante gravitacional G e a massa da Terra. Com base em seus resultados, é possível calcular um valor para G de 6,754 × 10−11N-m2/kg2, que se compara favoravelmente com o valor moderno de 6,67428 × 10−11N-m2/kg2.
Os livros geralmente descrevem o trabalho de Cavendish como uma medição de G ou da massa da Terra. Uma vez que estes estão relacionados à densidade da Terra por uma teia trivial de relações algébricas, nenhuma dessas fontes está errada, mas não correspondem à escolha exata de palavras de Cavendish, e esse erro foi apontado por vários autores. O objetivo declarado de Cavendish era medir a densidade da Terra, embora seu resultado obviamente calcule G para fazer isso.
A primeira vez que a constante recebeu esse nome foi em 1873, quase 100 anos após o experimento de Cavendish, mas a constante estava em uso desde a época de Newton. Os resultados de Cavendish também fornecem a massa da Terra.
Pesquisa elétrica
Os experimentos elétricos e químicos de Cavendish, como os do calor, haviam começado enquanto ele morava com seu pai em um laboratório em sua casa em Londres. Lord Charles Cavendish morreu em 1783, deixando quase toda a sua propriedade muito substancial para Henry. Como sua teoria do calor, a teoria abrangente da eletricidade de Cavendish era matemática em forma e era baseada em experimentos quantitativos precisos
