O Gerador Wimshurst ou máquina electroformadora é um dispositivo electroestático indutivo concebido como uma fonte contínua de energia eléctrica. Utilizada no século XXI como técnica auxiliar para demonstrar experiências físicas envolvendo vários efeitos e fenómenos eléctricos.
Conteúdos
Um pouco da história da invenção
Em 1865, um físico experimental alemão August Thöepler desenhou os desenhos finais de uma máquina de electrodeposição. Ao mesmo tempo, uma segunda descoberta independente de uma máquina semelhante foi feita pelo cientista alemão Wilhelm Holz. A principal diferença do dispositivo era a sua capacidade de produzir alta potência e diferença potencial. Holtz é considerado o criador da fonte de corrente eléctrica directa.
O desenho inicial simples da máquina electroformadora foi melhorado em 1883 por James Wimshurst de Inglaterra. A sua modificação é utilizada em todos os laboratórios de física para demonstração visual de experiências.
A construção da máquina de electrodeposição
2 discos co-axiais rodam uns contra os outros enquanto transportam condensadores simples do sector do alumínio. Devido a processos aleatórios no momento primário, é gerada uma carga sobre um segmento de um dos segmentos. Este fenómeno é causado pelo processo de fricção contra o ar. Devido à simetria do desenho, o sinal final não pode ser previsto com antecedência.
Dois frascos de Leiden são utilizados na construção. Criam um sistema único a partir dos condensadores ligados em série. Isto tem o efeito de reduzir os requisitos de tensão de funcionamento de cada condensador por um factor de dois. As mesmas classificações devem ser seleccionadas como garantia de uma distribuição uniforme da tensão de funcionamento.
Os neutralizadores indutivos são concebidos para aliviar a tensão. Toda a construção assemelha-se a um pente metálico que paira a alguma distância acima do disco. Ambos os discos com sinais exteriores de superfície equivalentes chegam ao ponto de remoção de carga. Os neutralizadores são emparelhados. A carga dos segmentos é grandemente reduzida após o ponto de descarga ter sido realizado. Nos desenhos adicionais, a escova está em contacto fácil com a borda do disco.
O operador força os elementos repulsivos do sistema a juntarem-se, quer através de um accionamento eléctrico, quer pela sua própria mão. As cargas que interagem umas com as outras tendem a espalhar-se o mais possível. O processo encoraja um aumento acentuado da densidade da carga superficial em todos os pontos de extracção.
A electricidade é recolhida nos bancos de Leiden a partir das cristas do neutralizador. Verifica-se um rápido aumento da tensão. Um pára-raios ligado aos 2 eléctrodos ajuda a evitar a falha do sistema. É possível obter arcos de diferentes forças, ajustando a distância entre elas. Existe uma correlação: quanto mais forte for a força do campo entre os 2 descarregadores, mais ruidoso é o efeito que acompanha o esvaziamento dos frascos de Leyden.
Os segmentos permanecem esvaziados após o ponto de remoção da carga. Os equalizadores ou neutralizadores potenciais são instalados ao longo do curso do movimento. Cada lado oposto do disco já desistiu da carga nos vários pincéis. No momento de passar o ponto de extracção e depois dele, os sinais residuais da carga são diferentes.
Um pedaço de fio de cobre grosso com escovas de arame fino, pairando a baixa altura ou esfregando os segmentos, ajuda a fechar estes sinais opostos. O resultado é que as cargas em ambos os segmentos são iguais a zero, toda a energia é convertida, de acordo com a lei Joule-Lenz, no calor gerado no fio de cobre espessado.
O que são jarros de Leiden
O primeiro condensador eléctrico criado pelos cientistas holandeses Pieter van Muschenbroek foi o frasco de Leiden. O condensador inventado tem a forma de um cilindro com um pescoço largo ou médio de diâmetros variáveis. O frasco de Leiden é feito de vidro. É revestida por dentro e por fora com uma folha de lata especial. O produto é coberto com uma tampa de madeira. A principal função da invenção é acumular e armazenar grandes cargas.
A criação de tal frasco foi estimulada por um estudo extensivo da electricidade, da sua velocidade geral de propagação e das propriedades de condutividade eléctrica de vários materiais. Foi a primeira vez que uma faísca eléctrica pôde ser produzida artificialmente. Actualmente, os frascos de Leiden são utilizados apenas como parte integrante das máquinas electroformadoras.
Como funciona uma máquina de electrodeposição
A energia para a mudança de marcas é retirada do poder do operador. Já entre os equalizadores e as escovas, os discos movem-se com repulsa mútua em relação uns aos outros. O número de rotações por minuto desempenha o seu papel. A densidade da carga é aumentada. A carga mais forte dos discos opostos empurra o resíduo através das secções de fio de cobre. Disto deriva a energia, suficiente para mudar o sinal.
Ao aumentar a densidade da superfície, a carga é removida na unidade. Num único ponto, a energia é armazenada no frasco de Leiden e outro ponto é utilizado para alterar o sinal. Os neutralizadores da indução são praticamente indistinguíveis. Ambos têm uma função neutralizadora de energia comum. Circuitos gerais:
- Existem 2 tipos de condensadores em construção: frascos de Leyden onde a carga é armazenada, e uma combinação de um segmento de ambos os discos com um dieléctrico e uma tampa de alumínio.
- A redução da carga dos segmentos de alumínio é tratada por 2 tipos de neutralizadores. O primeiro é utilizado para mudar o sinal ou polarização e o segundo para carregar o frasco de Leiden.
Toda a energia não provém da fricção do alumínio e do cobre ou da electrificação do ar. É criado forçando os condensadores a encherem-se com a força de torção do disco. Todos os processos são realizados aumentando drasticamente a densidade da carga superficial nos pontos de extracção.
Aplicações da máquina de electrodeposição
Desde os anos 70, a máquina Wimshurst não tem sido utilizada para a extracção directa de energia eléctrica. Hoje serve como uma exposição histórica, ilustrando a história e o desenvolvimento do progresso científico e tecnológico e do pensamento de engenharia. Uma demonstração laboratorial do que é uma máquina electroformadora mostra os vários fenómenos e efeitos da electricidade.
É aceitável a utilização de neutralizadores de indução, removendo cargas de dieléctricos líquidos como o petróleo. É perigoso fazer uma faísca no ar em qualquer instalação de produção, pode levar a efeitos prejudiciais, fumo e mesmo a uma explosão.
A história da descoberta e investigação no domínio da electricidade está intimamente ligada à aplicação de vários desenhos e dispositivos para a produção de cargas eléctricas. A máquina electroformadora, cuja acção se baseia na excitação da electricidade por indução, tem desempenhado o seu papel na investigação científica.
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