O GERADOR DE VAN DE GRAAFF

O GERADOR DE VAN DE GRAAFF

Um físico americano chamado Robert Jemison Van de Graaff inventou o gerador Van de Graaff em1931. O dispositivo, que leva seu nome, tem a capacidade de produzir voltagens extremamente altas, podendo chegar até 20 milhões de volts, isso 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. Van de Graaff inventou o gerador para fornecer a alta energia necessária para os primeiros aceleradores de partículas.

Foi nos Estados Unidos que esses aceleradores de partículas eram conhecidos como esmagadores de átomos por acelerar partículas subatômicas a grandes velocidades e depois as "esmagar" contra os átomos do alvo. As colisões resultantes criavam outras partículas subatômicas e radiação de alta energia como os raios X. A capacidade de criar essas colisões de alta energia é o fundamento das físicas nuclear e de partículas.

Os geradores Van de Graaff são descritos como dispositivos eletrostáticos de “corrente constante”. Quando uma carga é colocada num gerador desse tipo, a corrente (amperagem) continua a mesma. É a voltagem (tensão) que varia com a carga.

No caso desse gerador, conforme você se aproxima do terminal de saída (esfera) com um objeto aterrado, a voltagem diminui, mas a corrente permanece a mesma. Um gerador desse tipo é um dispositivo projetado para criar eletricidade estática e torná-la disponível para experimentos.

De maneira oposta, as baterias são conhecidas como dispositivos de "voltagem constante" porque, quando são ligadas a um circuito, a voltagem permanece a mesma.

Estes tipos de geradores Van der Graaff, é constituído de correias e cilindro para carregar.

1. Um motor.

2. Duas polias.

3. Uma correia ou cinta.

4. Duas hastes ou terminais feito de fio fino de cobre.

5. Uma esfera oca onde se acumula a carga transportada pela cinta.

Na figura, é mostrado um esquema do gerador de Van de 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 é feitas de fios condutores muito finos, estão situados a altura do eixo das polias. As pontas das hastes estão muito próximas porem não toca 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 à propriedade das cargas que são introduzidas no interior de um condutor oco (cube ta de Faraday).

FUNCIONAMENTO DO GERADOR DE VAN DE GRAAFF

Foi estudado qualitativamente como é produzida a eletricidade estática,

Quando é posto em contato dois materiais não condutores. E como a cinta adquire a carga que é transportada 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 superfície 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.

Se uma agulha metálica é colocada próximo da superfície da cinta, a altura de seu eixo, é produzida um intenso campo elétrico entre a ponta da agulha e a superfície da polia. As moléculas de ar no espaço entre ambos os 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, porém no meio do caminho se encontra a cinta, e se depositam em sua superfície, cancelando parcialmente a carga positiva da polia. Porém a cinta se move para cima, e o processo começa de novo.

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.

Se for usada um material neutro na polia superior E a cinta não transporta cargas para baixo. Se for usado nylon na polia superior, a cinta transporta carga negativa para baixo, esta carga vem do condutor oco. Deste modo, a cinta carrega positivamente o condutor oco tanto em seu movimento ascendente como descendente.

O gerador de Van de Graaff funciona através da movimentação de uma correia que é eletrizada por atrito na parte inferior do aparelho.

Ao atingir a parte superior as cargas elétricas, que surgiram com o processo de eletrização, são transferidas para a superfície interna do metal, sendo então distribuídas para toda a superfície da esfera metálica, ficando carregada de cargas elétricas.

Se durante o funcionamento do gerador aproximar o dedo ou um objeto de metal perceberemos leves descargas elétricas que ocorrem em razão da diferença de potencial.

Quando o motor é ligado, o cilindro inferior (carregador) começa a girar a correia. Como a correia é feita de borracha e o cilindro inferior coberto com fita de silicone, ele começa a produzir uma carga negativa enquanto a correia gera uma