Aluno: Clara Rios Número: 2418 Turma: 302 Gerador de Van de Graaff

Aluno: Clara Rios Número: 2418 Turma: 302

Gerador de Van de Graaff

Van de Graaff
Robert Jameson Van der Graaff nasceu no dia 20 de dezembro de 1901 em Tuscaloosa no estado do Alabama. Após sua graduação em engenharia mecânica pela Universidade do Alabama, no ano de 1922 conseguiu sua inserção na Universidade de Oxford, onde adquiriu seu bacharelado em ciência além de seu PhD em física no ano de 1928. Enquanto estudava em Oxford Van de Graaff criou um profundo interesse por experimentos nucleares com a esperança que existisse a possiblidade de que as partículas um dia poderiam ser aceleradas com velocidade suficiente para desintegrar seu núcleo. Após participar de uma palestra de Rutherford sobre a necessidade de aceleração de partículas para o controle da energia Van de Graaff se motivou ainda mais para tentar desenvolver o sistema me funcionamento que alcançasse aceleração de partículas.
Nos anos 1930, após o movimento de cargas eletromagnéticas serem reconhecidos como um processo possível para a criação de voltagens muito altas junto a ideia de que sistemas que moviam partículas carregadas poderiam ser líquidos e não necessariamente sólidos como uma correia, criou-se o questionamento de como seriam coletadas essas cargas do cinto em movimento. A partir disso Van de Graaff reconheceu que o se a correia passasse entre duas polias, uma no solo e outra em ambiente isolado suportadas por isolantes, a tensão poderia ser gerada, mas a dificuldade era retirar as cargas da correia que carregava a carga. Baseado nisso o físico descobriu uma estrutura de reentrada onde a correia passaria por dentro de uma esfera oca, onde as cargas naturalmente migrariam para a superfície exterior da esfera, e após vários ajustes Van de Graaff acabou criando seu próprio gerador.

Gerador de Van de Graaff

Legenda: A – Cúpula
B – Escova Superior
C – Rolete superior
D – Correia
E – Motor
F – Escova Inferior
G – Rolete Inferior

A correia é conectada ao motor através de um dos roletes e ao centro da esfera metálica pelo outro rolete. No centro da esfera, ela vai entrar em contato com uma escova, que é ligada à própria esfera, essa escova é chamada de ponta coletora. Por este pente a carga positiva da correia vai para a cúpula enquanto a borracha está em movimento. Na base do rolo é um pente que drena o negativo cargas na parte externa da correia para a terra.

Quando o motor é ligado, o rolamento inferior inicia a girar a correia. Uma vez que a correia é feita de borracha, o rolamento inferior começa a se carregar negativamente e por indução a correia carrega negativamente a porção exterior da cúpula. Esta cobrança desequilíbrio ocorre devido ao efeito tribo elétrico: o rolo inferior está capturando elétrons da correia à medida que passa sobre o rolo. Mantendo o motor do gerador ligado, a quantidade de cargas na superfície da esfera vai aumentando consideravelmente, o que faz aumentar muito a tensão elétrica nessa região, essa tensão pode chegar a milhões de volts
Em resumo, o motor possui a função de movimentar a correia que está conectada a dois roletes, um inferior e outro superior, que ajudam nessa mobilidade da correia. Alinhado a isto duas escovas com dentes metálicos se atritam com a correia arrancando elétrons de sua superfície desse modo carregando negativamente a cúpula através do processo de indução.

Vento Eletroestático

Quando um material condutor é carregado e esse material possui em sua superfície uma ponta, há maior concentração de cargas nas pontas (poder das pontas), porque ao ser carregado toda a superfície do material deve estar com o mesmo potencial, como a ponta tem um raio menor que do que o resto do condutor ele tem que ter um acúmulo maior de cargas para que naquela ponta fique com o mesmo potencial das outras áreas.
Devido esse acúmulo de cargas nas pontas esse campo elétrico irá polarizar as moléculas de ar que ficam ao seu redor, ficando com cargas opostas ao condutor e, portanto, sendo atraídas. Quando a molécula de ar toca nas pontas ocorre uma transferência de cargas, tornando-se cargas iguais. Essas moléculas serão repelidas, e a força dessa repulsão resultará no vento eletrostático. Consequentemente ao aproximarmos uma vela próxima a essa ponta conectada no gerador eletroestático seu fogo se apagará.
Descarga Elétrica

A descarga inicia quando o campo elétrico produzido por estas cargas excede a capacidade isolante, também conhecida como rigidez dielétrica, do ar em um dado local na atmosfera, que pode ser dentro da nuvem ou próximo ao solo. Quebrada a rigidez, tem início um rápido movimento de elétrons de uma região de cargas negativas para uma região de cargas positivas. Efeito esse que pode ocorrer no gerador, como mostrado na figura acima.