Gerador De Van De Graaff

Gerador Van de Graaff Didático

O que é o Gerador Van de Graaff.

É um dispositivo que, ao armazenar cargas elétricas no seu terminal esférico, pode gerar alta tensão (cerca de 100.000 volts). O modelo didático permite, deste modo, realizar demonstrações que contextualizam diversos aspectos dos fenômenos eletrostáticos.

Como as cargas são separadas.

Primeiramente, no contato entre a superfície interna da correia de borracha com a do rolete inferior (PVC) ocorre separação de cargas elétricas: o rolete fica negativo e a superfície interna da correia fica positiva.

Em segundo lugar, por Efeito Corona - ionização de moléculas do ar – [ver detalhamento] que ocorre no pente metálico, íons positivos do ar são depositados na superfície externa da correia que são transportadas e recolhidas pelo terminal esférico onde se acumulam gerando alta tensão elétrica.

Um pouco de história

O Gerador Van de Graaff foi projetado e construído pelo engenheiro americano, Robert Jemison Van de Graaff ( 1901 – 1967) que se dedicou-se ao estudo e a pesquisa de Física Atômica no Instituto Tecnológico de Massachusetts – MIT – após estudos de pós graduação na Universidade de Sorbonne (Paris) onde trabalhou com Madame Marie Curie.

Em 1931 o Gerador Eletrostático de Alta Voltagem[ Gerador Van de Graaff] já era usado para acelerar partículas, indispensável para desvendar a constituição do átomo.

A máquina de Van de Graaff tinha bolas de alumínio com 4,5 metros de diâmetro e produzia tensão de aproximadamente 2 milhões de volt e foram montadas em trilhos para facilitar os respectivos deslocamentos.

Os aceleradores Van de Graaff sofreram desenvolvimento tecnológico dando lugares ao hoje conhecido como “aceleradores Pelletron”.

No Instituto de Física da USP, em 1972, um acelerador Pelletron aposentou um antigo acelerador Van de Graaff que sustentou a pesquisa nuclear durante décadas.

O Van de Graaff original pode ser encontrada no Museu de Boston.

Detalhamento do processo de eletrização.

1.- No contato rolete de PVC - tira de borracha a superfície do rolete captura elétrons da correia [Ver Série Triboelétrica]. O rolete fica com cargas negativas (excesso de elétrons) e a superfície interna da correia de borracha com cargas positivas (falta de elétrons). Se a correia estiver frouxa a eletrização por contato não ocorrerá de forma satisfatória.

2.- Devido ao movimento, na correia as cargas se distribuem numa área maior do que no rolete ou seja, a densidade superficial de cargas na borracha é menor do que no rolete. Por isso o campo elétrico entre o rolete inferior e as pontas do pente metálico torna-se intenso. Conseqüência: elétrons livres das pontas do pente metálico são repelidos até a carcaça do motor (onde o pente está ligado) e as “pontas” ficam com cargas positivas (falta de elétrons).

3.- As pontas têm a capacidade de gerar campo elétrico cuja intensidade ( Poder das Pontas) é capaz de arrancar elétrons de moléculas de ar (Efeito Corona) . Assim, na região entre as pontas e o rolete inferior, surge uma mistura de elétrons e íons positivos de moléculas de ar (plasma, 4º estado da matéria) . Os elétrons são atraídos pelas pontas positivas e os íons positivos são atraídos no sentido do rolete negativo.

4.- Como entre o rolete e as pontas existe a correia de borracha, os íons positivos de moléculas de ar colidem com a superfície externa da borracha e nela se fixam. São, então, levadas para o terminal esférico do Van De Graaff.

5.-As cargas positivas, captadas pelas pontas do pente metálico superior se espalham pela superfície externa do terminal esférico ( bola de alumínio), deixando carregado o Van De Graaff. Quando o campo elétrico da esfera atingir o limite de 30 KV/cm, o ar começa o processo de ionização do ar [Efeito Corona] limitando o acumulo de mais cargas elétricas na esfera.

Para um bom funcionamento do Van de Graaff

O Van de Graaff não funciona no vácuo.

A deposição de cargas na superfície externa da correia depende do “efeito Corona” através do qual o ar transforma-se em plasma: eletrons + ion positivo. Na ausência de ar (vácuo) o Van de Graaff não funciona.

Poeira