Pondo a funcionar

Uma vez que o gerador já estava montado e com o sistema de roldanas, verificamos imediatamente se ele estava funcionando ou não. Conseguimos ver (pelo faiscamento) e sentir as cargas elétricas estáticas que vinham da cúpula de descarga.

Conseguimos perceber que se o gerador não estava trabalhando, é porque existiam fontes de sangria de carga elétrica, como nas pontas dos parafusos da cúpula que não haviam sido retiradas. Até mesmo partículas de sujeira podem ser como pontos de descarga indesejáveis. Limpamos tudo e reiniciamos os testes.

Outra razão do baixo desempenho do aparelho que percebemos é a umidade. Umidade alta atrapalha substancialmente seu correto funcionamento. Os dias frios são mais recomendados para realizar esses tipos de experimentos. Usamos um secador de cabelos para retirar a umidade em torno do gerador.

Isolar as pontas é um processo preventivo. Isso evita o mal funcionamento do gerador.


ROLETES E CORREIA

As engrenagens e a manivela da máquina de Van de Graaff ao ser acionada manualmente dispensa completamente a alimentação externa. Embora pareçam simples à primeira vista, correia, escovas e cilindros ocultos combinam-se para formar um dispositivo de eletrostática chamado eletróforo de funcionamento contínuo, em que é utilizado o fenômeno da indução eletrostática para bombear carga elétrica entre a escova de metal e a superfície da correia móvel. De modo geral, esse eletróforo especial trabalha da seguinte forma:

» o cilindro inferior é fortemente eletrizado pelo "atrito" com a superfície interna da correia;
» o cilindro atrai cargas elétricas opostas às cargas da escova;
» o campo elétrico que se estabelece entre o cilindro e as pontas da escova fica intenso;
» o ar imerso nesse campo elétrico sofre ionização, formando um plasma condutor -- efeito Corona;
» o ar torna-se condutor e cargas elétricas da escova pulam para o cilindro;
» as cargas elétricas móveis batem na superfície externa da correia e aderem a ela; - o cilindro gira e essas cargas elétricas são levadas para cima, pela correia; - o processo se repete continuamente.

Eletrizando o cilindroNa primeira fase de operação, a superfície do cilindro é fortemente eletrizada, devido ao contato íntimo entre superfície da correia e rolete inferior, do mesmo modo que um balão de borracha se eletriza quando atritado, por exemplo, no cabelo. Lembramos que a correia e o cilindro são feitos de materiais diferentes.

Eletrizando a superfície do cilindro

Quando a superfície interna da correia de borracha atrita-se contra o rolete de plástico (que pode estar recoberto com feltro), cargas elétricas das camadas mais afastadas dos núcleos atômicos dos dois materiais transferem-se, em quantidades diferentes (pois provêm de substâncias distintas), de um para o outro. Essa desigualdade na quantidade de elétrons que se transferem é que origina a eletrização de cada material não aquele que cede mais elétrons do que recebe se tornará positivo, e o outro, negativo.

Como o cilindro gira, cada trecho da correia se separa do rolete logo após entrar em contato com ele. A face interna da correia e a superfície do rolete, durante o contato, aprisionam (por serem ambos isolantes elétricos) quantidades iguais de cargas elétricas, porém de sinais opostos.

Esse processo todo é chamado de eletrização por atrito, mas uma vez que nenhum atrito é requerido de fato, é mais próprio chamá-lo de eletrização por contato.

Depois de operar por algum tempo, como veremos, a correia torna-se ligeiramente negativa, e o cilindro, fortemente positivo. Embora eles adquiram cargas elétricas iguais e opostas, a carga elétrica negativa é distribuída amplamente na correia; portanto, a densidade elétrica superficial torna-se muito menor na correia do que no cilindro. 

CARGAS ELÉTRICAS TRANSITANDO PELO AR

Objeto positivo faz a ponta soprar vento elétrico.

Uma escova metálica (pontas), devidamente aterrada, é fixada próxima à região onde a correia passa pelo cilindro. Como sabemos, da Química, pode-se dizer que os metais são constituídos por uma sólida grade de "átomos positivos" mergulhada numa nuvem de elétrons. Estando as pontas da escova próximas ao cilindro, as cargas positivas da sua superfície atraem a nuvem eletrônica do metal, mas nenhum elétron deixa o metal! O que ocorre, na escova, é a indução eletrostática, ou seja, a separação de cargas de sinais opostos pela presença de outras cargas (do cilindro, no caso).

Os elétrons da nuvem migram para as pontas da escova metálica.

As pontas da escova adquirem uma densidade de carga elétrica negativa muito alta, e essa carga elétrica negativa afeta substancialmente o ar circundante. Qualquer molécula de ar próxima a uma ponta da escova sofre ionização devido às intensas forças de atração/repulsão; elétrons são arrancados dessas moléculas, dando origem a íons positivos. Os elétrons livres provenientes das moléculas de ar rompidas repelem-se intensamente e, ao afastarem-se uns dos outros, chocam-se com outras moléculas de ar, ocasionando novos rompimentos. Uma massa de ar ionizado e elétrons livres, então, agita-se vigorosamente no espaço próximo às pontas da escova (efeito Corona). Esse material, chamado plasma (ou Fogo de SantElmo, ou ainda quarto estado da matéria), apresenta elétrons de condução como os dos metais e, assim como um metal, é um condutor bastante bom.

No próximo passo, os elétrons de condução desse plasma penetram nas moléculas de ar neutras tornando-as negativas. Esse ar, carregado negativamente, é então repelido pelas pontas negativas da escova forma-se o vento elétrico.

Ao mesmo tempo, os íons positivos do plasma (bem mais lentos que os elétrons) colidem com as pontas da escova e roubam elétrons dela, tornando-se moléculas neutras. Elétrons, provenientes da terra, mantêm a escova permanentemente no estado neutro (potencial elétrico nulo).

No aspecto global, é como se cargas elétricas negativas saíssem da escova e fluíssem para o cilindro positivo. O papel do plasma foi o de uma "escova virtual", servindo de ponte condutora entre o metal e a correia (cilindro). É o vento elétrico que funciona como escova. Nota: o GVDG precisam de ar nas proximidades das pontas da escova para poderem funcionar, porque não funcionam no vácuo.

A correia intercepta as cargas expelidasO vento (negativamente carregado) é atraído fortemente para a superfície do cilindro (positivamente carregado). A região da correia de borracha que está no caminho dessas cargas, porém, recolhe boa parte delas.

O cilindro eletrizado força a escova a carregar a correia.

As cargas negativas dirigem-se para o cilindro (positivo), mas a correia parcialmente o protege, e desse modo, não permite o total cancelamento de sua carga elétrica. Como o cilindro gira e a se correia desloca, a carga elétrica negativa que aderiu à superfície externa da correia é transportada para cima. Novas regiões da correia de borracha, neutras, estarão continuamente expostas, devido ao movimento, e aptas a aprisionarem as cargas negativas do vento elétrico originado pelas pontas.

A escova é conectada ao solo (ao chão, ou a um grande objeto de metal) por um fio. Como cargas elétricas negativas são expelidas das pontas e são atraídas para o cilindro positivo, o fio garante um caminho para que mais elétrons cheguem à escova, provenientes do aterramento. Com o cilindro sempre girando - e mantendo sua carga positiva, que ocasiona um fluxo de elétrons das pontas para a correia -, uma pequena corrente eletrônica flui constantemente da Terra para a correia.

Há carga elétrica no solo? Sim, porque a Terra é condutora e eletricamente negativa. De modo geral, o sistema atua como uma pequena bomba elétrica forçando cargas negativas a fluírem da Terra para a superfície da correia.

CARGAS ELÉTRICAS CHEGAM AO TOPO

A correia leva cargas elétricas para cima, por dentro da coluna do GVDG, passa por outro cilindro e por outra escova metálica. Esse segundo cilindro age de modo contrário ao primeiro; as cargas elétricas da correia são expelidas e dirigem-se para as pontas da escova superior. Esse segundo cilindro, ao contrário do que se poderia esperar, não fica eletrizado positivamente.

A carga elétrica negativa passasse da superfície da correia para a escova e fosse levada para a superfície externa da esfera do GVDG. A escova superior, dentro do globo, funciona exatamente como se fosse um terra.