Gerador De Van Der Graaff

Objetivo: Entender o funcionamento do Gerador de Van Der Graaff (que também engloba o entendimento de conceitos de eletrização, indução eletrostática, condutividade, etc)

Introdução Teórica

O gerador de Van Der Graaff

Em algumas pesquisas no campo da Física Moderna torna-se necessário a utilização de voltagens muito elevadas, cujos valores chegam a atingir alguns milhões de volts. As altas voltagens são usadas para acelerar partículas atômicas eletrizadas (prótons, elétrons, íons etc.), fazendo com que elas adquiram grandes velocidades. Diz – se que, quando o número de prótons em um átomo é igual ao número de elétrons, este permanece neutro. Pode-se estender este raciocínio à matéria em geral. Esta condição é chamada de Equilíbrio Eletrostático. No entanto, este equilíbrio pode ser desfeito. Isto é possível a partir de um processo chamado de Eletrização, que pode ocorrer de três maneiras: atrito, contato e indução. Para reproduzir estes processos é utilizado um equipamento chamado Gerador de Van de Graaff ou gerador eletrostático de correia. Estas partículas são, então, lançadas contra os núcleos atômicos de diversos elementos, provocando reações nucleares que são estudadas pelos físicos. O Gerador de Van Der Graaff permite obter voltagens muito elevadas. O nome deste aparelho é uma homenagem ao físico americano Robert Van Der Graaff, que idealizou e construiu o primeiro gerador deste tipo de 1930.

Principio de funcionamento do gerador de Van de Graaff

Se um corpo metálico A, eletrizado, for colocado em contato com outro corpo, B, também metálico, inicialmente descarregado, haverá transferência de apenas parte da carga de A para B. A transferência de carga é parcial porque ela é interrompida quando os potenciais dos dois corpos se igualarem.

Suponha, agora, que o corpo B possuísse uma cavidade e que A fosse introduzido nela. Nestas condições, a carga de A induziria cargas elétricas nas superfícies interna e externa de B. No caso, a superfície interna fica eletrizada negativamente e a superfície externa positivamente. Verifica-se que a carga induzida nas paredes tem o mesmo módulo da carga no corpo A (que provocou a indução). Então, se este corpo for colocado em contato com a parede interna de B, a carga induzida nesta parede será neutralizada pela carga de A. Como consequência disso o corpo B ficará eletrizado com uma carga de mesmo sinal e de mesmo módulo que a carga inicial do corpo A. Em outras palavras, tudo se passa como se a carga de A fosse integralmente transferida para B.

Quando há contato interno, a transferência de carga do corpo que está dentro da cavidade para o corpo externo é integral, mesmo que este corpo já possua uma carga inicial. Assim, se o corpo A for novamente eletrizado e outra vez ligado internamente ao corpo B, sua carga se transferirá totalmente para B. Esta operação pode ser repetida várias vezes e, assim, é possível acumular em B uma quantidade de carga cada vez maior. A quantidade de carga em B, naturalmente, é limitada pela rigidez dielétrica do ar que a envolve. Se a rigidez dielétrica do ar for ultrapassada, parte da carga acumulada em B tende a escoar e, portanto, a carga máxima que pode existir em B é aquela que cria um campo igual à rigidez dielétrica do ar.

Como funciona o gerador de Van Der Graaff

O fato da carga elétrica se transferir integralmente de um corpo para outro, quando há contato interno, constitui o princípio básico de funcionamento do gerador de Van Der Graaff.

O aparelho é constituído por uma correia que passa por duas polias, uma delas acionada por um motor elétrico que faz a correia se movimentar. A segunda polia encontra-se no interior de uma esfera metálica oca, que está apoiada em duas colunas isolantes.

Enquanto a correia se movimenta, ela recebe carga elétrica por meio de uma ponta ligada a uma fonte de alta tensão (cerca de 10.000 V).