Gerador de Van Graff

O que é?

Segundo o autor,John Zavisa, do veículo de informação Howstuffworks,o gerador de Van Graff é um dispositivo que  tem a capacidade de produzir voltagens extremamente altas, até 20 milhões de volts e é ultilizado para criar eletricidade estática e utilizá-la em experimentos.O despositivo foi criado pelo físico americano Robert Jemison Van de Graaff em 1931.

1 Gerador de Van Graff - Achado em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Gerador_de_Van_de_Graaff

Para que serve?

O cientista inventou o gerador para fornecer a energia necessária para os primeiros aceleradores de partículas.

2 O primeiro acelerador de partículas (cícloton) desenvolvido por Ernest O. Lawrence, em 1929 - Achado em: http://ciencia.hsw.uol.com.br/aceleradores-de-particulas2.htm

Esses geradores são considerados como dispositivos eletrostáticos de corrente constante. Quando ligado,a voltagem do aparelho varia de acordo com a carga,por enquanto que a corrente permanece a mesma. No caso desse gerador, conforme você se aproxima da esfera do gerador com um objeto aterrado, a voltagem diminui, porém a corrente permanece constante.

Como funciona?

Segundo o site Howstuffworks, existem dois tipos de geradores Van de Graaff: para carregar, um deles usa uma fonte de energia de alta voltagem e o outro usa correias e cilindros.

O autor utiliza o segundo tipo para demosntrar seu funcionamento, e ele é feito de:

·         um motor

·         um terminal de saída (geralmente uma esfera de metal ou alumínio)

·         dois cilindros

·         duas montagens de escovas

·         uma correia

3 Gerador de Van Graff retirado do site Howstuffworks

Quando ligado, o cilindro inferior começa a girar a correia. A correia é feita de borracha e o cilindro inferior é feito de fita de silicone, ele começa a produzir uma carga negativa enquanto a correia gera uma carga positiva.O desequilíbrio entre as cargas gerado é facilmente explicado se olharmos nas séries triboelétricas já estudadas: o silicone é mais negativo do que a borracha, portanto, o cilindro inferior captura elétrons da correia enquanto esta gira por ele. A carga no cilindro é muito mais concentrada do que a carga na correia, determinando que o campo elétrico do cilindro seja muito mais forte do que o da correia onde o cilindro e a escova inferior se juntam.

A carga negativa mais forte começa agora a fazer duas coisas:
repelir os elétrons próximos das pontas da montagem da escova inferior devido a boa condutividade dos metais. A montagem da escova agora tem pontas de fio que estão carregadas positivamente, porque os elétrons foram para longe das pontas. Retirando moléculas de ar próximas dos seus elétrons temos elétrons livres e átomos de ar positivamente carregados entre o cilindro e a escova.

Os elétrons são repelidos do cilindro, que tem poucos elétrons, ao mesmo tempo em que são atraídos para as pontas da escova, enquanto os prótons são atraídos para o cilindro, que está negativamente carregado.
Os prótons das moléculas de ar tentam se mover na direção do cilindro negativamente carregado, mas a correia está no caminho. Agora ela está envolta de carga positiva, que leva as cargas para longe do cilindro.

A correia, agora está cheia de carga positiva e girando em direção ao cilindro superior e à escova superior. A utilização de nylon no cilindro superior, que é positivo nas séries triboelétricas, faz com que este queira repelir a carga da correia. A escova superior está conectada à parte interna da esfera e fica próxima ao cilindro superior e à correia. Os elétrons na escova são obrigados a se moverem para as pontas dos fios, porque são atraídos pela correia,que está com carga positiva. Já que a molécula de ar se quebra como antes, os prótons do ar são atraídos para a escova. Ao mesmo tempo, os elétrons livres no ar vão para a correia. Quando um objeto carregado encosta na esfera, esta fica com toda a carga, deixando o objeto neutro. O excesso de carga aparece na superfície de forada esfera.É através desse efeito que o gerador Van de Graaff é capaz de atingir suas imensas voltagens.

Teoricamente, segundo John Zavisa, o gerador de Van graff pode funcionar para sempre, se houver ar entre o cilindro inferio e a escova, porém devido a impurezas no ambiente limitam a carga que se desenvolve na esfera.

Abaixo, o vídeo retirado do youtube, que faz um resumo sobre o gerador de Van graff.

Por que os cabelos ficam arrepiados quando encostamos em um gerador de Van graff ligado?

Segundo a autora, Desiree Della Monica Ferreira da Exposição da Física - Estação Ciência , quando a correia de borracha do gerador de Van graff gira, existe o atrito entre a escova e a mesma, e graças a esse atrito a correia perde elétrons e fica com carga positiva e o movimento da correia leva carga positiva para a esfera de metal. A esfera acumula carga positiva, até atingir altas tensões elétricas.

Quando uma pessoa coloca as mãos na esfera, ela fica carregada positivamente, assim como a esfera, os cabelos se arrepiam, pois as cargas tendem a se acumular nas pontas e se repelem por terem o mesmo sinal.

4 Demonstracão do gerador de Van graff com pessoas - Retirado de: http://wonders.physics.wisc.edu/van-de-graaff.htm

Bibliografia

http://ciencia.hsw.uol.com.br/geradores-van-de-graaff2.htm

http://www.eciencia.usp.br/exposicao/eletro.html