Efisica

Máquinas eletrostáticas


São dispositivos que fornecem eletricidade estática, por meio da separação de cargas positivas e negativas existentes nos condutores. Os tipos principais são os seguintes:

a) máquinas de atrito
b) máquinas de indução
c) máquina de Van de Graaf.

a. Máquinas de atrito

 

O princípio de funcionamento é o seguinte: um cilindro A de material isolante, por exemplo de vidro ou ebonite, gira. Ao girar, atrita-se com urna pele ou flanela B e se eletriza (fig. 90). Se o atrito for entre vidro e pele, o vidro se eletriza positivamente. O cilindro A, continuando a girar, a sua parte eletrizada passa em frente do corpo E, que possui uma ponta D. Quando a carga positiva está em frente do corpo E, a ponta D se eletriza, por indução, negativamente, e a parte oposta C, positivamente. A carga negativa induzida depois escapa pela ponta D e neutraliza a carga positiva indutora. E o corpo E fica eletrizado positivamente. Continuando a girar o cilindro A, a carga positiva de E vai aumentando e esse corpo fica com potencial elevado em relação a terra T. A carga de E pode depois ser utilizada.

Máquinas de atrito

Figura 90

Todas as máquinas eletrostáticas de atrito funcionam de acordo com esse princípio exposto. A diferença entre os diversos tipos existentes está na construção, isto é, na forma geométrica e na disposição de suas peças. No tópico Uma Máquina Eletrostática Simples demos a descrição de uma máquina eletrostática de atrito de construção muito simples.

b. Máquinas de indução - eletróforo

 

O exemplo típico dessas máquinas é o eletróforo, inventado por Volta em 1775. Consta de duas peças: um disco isolante, A, feito de enxofre ou cera, e um disco metálico B, com um cabo isolante. Inicialmente atritamos o disco A com flanela. Ele fica com excesso de elétrons e, portanto, se eletriza negativamente (fig. 90-a) Depois colocamos o disco metálico sobre o disco isolante. Como as superfícies são rugosas, embora a olho nú pareçam muito lisas, só vai haver contato entre elas em poucos pontos, e pouca carga escapa do isolante para o metal. Mas, por indução, no metal aparecem cargas positiva e negativa (fig. 91-b). Pondo-se o disco metálico em comunicação com a Terra, os seus elétrons escapam. Cortando-se a ligação com a Terra e afastando-se o disco metálico, ele fica eletrizado positivamente. Aproximando-se uma mão, uma faísca soltará. Podemos assim carregar e descarregar sucessivamente o metal sem que haja uma diminuição apreciável da carga do enxofre.

Máquinas de indução - eletróforo

Figura 91

Nota: Quando se produz a faísca entre o eletróforo e nossa mão, produz-se luz, som e calor, e, portanto, há gasto de energia. Essa energia provém da carga elétrica acumulada no disco metálico, e que resultou da indução eletrostática. A indução foi provocada pela carga do enxofre. E a carga do enxofre por sua vez resultou do atrito com a flanela. A energia mecânica gasta com o atrito é então a causa do aparecimento da luz, do som e do calor que acompanham a faísca. Com o exemplo do eletróforo concluímos duas coisas importantes:

1a que a carga elétrica acumulada em um condutor significa energia, pois pode fazer aparecer a energia sob a forma de luz, som e calor.

2a Que a carga elétrica não aparece do nada, mas é necessário um gasto de energia para a libertação das cargas existentes nos condutores. Uma máquina eletrostática é então um dispositivo que gasta um certo tipo de energia para fazer aparecer carga elétrica estática em um condutor. Exprimimos esse fato dizendo que a máquina eletrostática transforma um tipo qualquer de energia em energia eletrostática. (E um dispositivo que gasta um tipo qualquer de energia para fornecer carga elétrica em movimento, não estática, é chamado gerador. Em Eletrodinâmica estudamos os geradores).

Sugestão: Sugerimos ao leitor construir um eletróforo. A placa de enxofre pode ser obtida fundindo-se enxofre em pó numa bandeja.

c. gerador eletrostático de Van de Graaf

 

Nota: Colocando-se duas esferas ou duas pontas próximas e aumentando-se lentamente a diferença de potencial entre elas, quando a diferença atingir um certo valor salta bruscamente uma faísca entre as esferas ou as pontas (fig. 92-a). Mas, colocando-se uma ponta em frente a um plano e aumentando-se lentamente a diferença de potencial entre eles, não há faísca (fig. 92-b). Quando a diferença de potencial atingir um certo valor, o ar compreendido entre a ponta e o plano se ioniza e se estabelece uma corrente elétrica de pequena intensidade através do ar, entre a ponta e o plano. O ar que envolve a ponta se torna ligeiramente colorido.
gerador eletrostático de Van de Graaf

Figura 92

A essa passagem lenta de eletricidade por um gás chamamos eflúvio. Esse fenômeno é empregado no gerador Van de Graaf, que passamos a descrever(fig. 93).

passagem lenta de eletricidade por um gás chamamos eflúvio

Figura 93

Entre os polos de um dínamo de alta tensão (por exemplo uns 10.000 volts) é ligada uma ponta (ao polo positivo) e uma placa (ao polo negativo). Entre e há então uma descarga em forma de eflúvio. Uma correia que gira sobre as polias e , ao passar entre e se eletriza positivamente. Girando no sentido indicado pelas flechas, essa correia leva suas cargas para o interior de um cilindro. A carga da polia age então como um indutor colocado dentro de um induzido. Vemos que é análogo ao que se passa com o cilindro de Faraday. O induzido é o cilindro , que possui na parte interna uma ponta , próxima da correia. A carga negativa induzida no cilindro se acumula nessa ponta, e, quando a correia passa em frente à ponta com a sua carga positiva, há uma descarga por eflúvio que neutraliza a carga da correia e a da ponta. A parte esquerda da correia deve ser então neutra. A carga positiva induzida passa então para a face externa do cilindro . Com o movimento contínuo da correia se consegue acumular no cilindro uma grande carga e uma diferença de potencial elevadíssima em relação à terra. O gerador possui um outro sistema análogo a esse, mas que acumula no cilindro carga negativa (parte direita da figura). Para isso, a ponta é ligada ao polo negativo do dínamo , e não ao positivo. Desse modo se acumula no cilindro uma grande carga negativa e ele fica com grande diferença de potencial negativa em relação à terra. Chamando ao potencial positivo do cilindro e ao potencial negativo do cilindro , a diferença de potencial que se pode aproveitar entre e é:

O gerador Van de Graaf é o mais potente gerador eletrostático que se conseguiu até nossos dias.
Gerador de Van de Graaf

Fotografia de um Gerador
de Van de Graaf

 

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