O Gerador de Van der Graaff.

Van der Graaff inventou o gerador que levou seu nome em 1931, com o propósito de produzir uma diferença de potencial muito alta (da ordem de 20 milhões de volts) para acelerar partículas carregadas que se chocavam contra blocos fixos. Os resultados das colisões nos informam das características dos núcleos do material que constituem o bloco.

O gerador de Van der Graaff é um gerador de corrente constante, enquanto que a bateria é um gerador de voltagem constante, o que varia é a intensidade dependendo de quais os aparelhos que são conectados.

O gerador de Van der Graaff é muito simples, consta de um motor, duas polias, uma correia ou cinta, duas hastes ou terminais feitos de finos fios de cobre e uma esfera oca onde se acumula a carga transportada pela cinta.

Na figura abaixo, é mostrada um esquema do gerador de Van der Graaff. Um condutor metálico oco A de forma aproximadamente esférica, está suspenso por suportes isolantes de plástico, atornilados em um pé metálico C conectado a terra. Uma correia ou cinta de borracha (não condutora) D se move entre duas polias E e F. A polia F é acionada mediante um motor elétrico.

Duas hastes G e H são feitos de fios condutores muito finos, estão situados a altura do eixo das polias. As pontas das hastes estão muito próximas porem não tocam a cinta.

O ramo esquerdo da cinta transportadora se move para cima, transporta um fluxo contínuo de carga positiva para o condutor oco A. Ao chegar a G e devido a propriedade das pontas é criado um campo suficientemente intenso para ionizar o ar situado entre a ponta G e a cinta. O ar ionizado proporciona o meio para que a carga passe da cinta a ponta G e a seguir, ao condutor oco A, devido a propriedade das cargas que são introduzidas no interior de um condutor oco.

Funcionamento do gerador de Van der Graaff

Foi comentado qualitativamente como é produzida a eletricidade estática, quando é posto em contato dois materiais não condutores. Agora explicaremos como a cinta adquire a carga que transporta até o terminal esférico.

Em primeiro lugar, se eletrifica a superfície da polia inferior F devido a que a superfície da polia e a cinta são feitos de materiais diferentes. A cinta e a superfície do rolo cilíndrico (polia) adquirem cargas iguais e de sinais contrário.

Contudo, a densidade de carga é muito maior na superfície da polia que na cinta, já que as cargas se estendem por uma superfície muito maior

Suponhamos que escolhido os materiais da cinta e da superficie do rolo de modo que a cinta adquire uma carga negativa e a superfície da polia uma carga positiva, tal como se vê na figura abaixo.

Se uma agulha metálica é colocada próximo da superfície da cinta, a altura de seu eixo, é produzido um intenso campo elétrico entre a ponta da agulha e a superfície da polia. As moléculas de ar no espaço entre ambos elementos se ionizam, criando uma ponte condutora pela qual circulam as cargas desde a ponta metálica para a cinta.

As cargas negativas são atraídas para a superfície da polia, porem no meio do caminho se encontra a cinta, e se depositam em sua superfície, cancelando parcialmente a carga positiva da polia. Porem a cinta se move para cima, e o processo começa de novo, veja a figura abaixo.

A polia superior E atua em sentido contrário a inferior F. Não pode estar carregada positivamente. Terá que ter uma carga negativa ou ser neutra (uma polia cuja superfície é metálica).

Existe a possibilidade de mudar a polaridade das cargas que transporta a cinta mudando os materiais da polia inferior e da cinta. Se a cinta é feita de borracha, e a polia inferior é feita de nylon coberto com uma camada de plástico, na polia é criada uma carga negativa e a borracha positiva. A cinta transporta para cima a carga positiva. Esta carga como já foi explicado, passa a superfície do condutor oco. Vamos assistir ao vídeo de uma experiência feita com o gerador, para observarmos na prática o que foi comentado neste post! Não deixem de comentar.

Fonte:http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/graaf/graaf.htm