Máquina de wimshurst

A Máquina de Wimshurst

Máquinas de Wimshurst simples

As máquinas eletrostáticas de influência geram altas tensões através de influência de campos elétricos, sem o uso de atrito para separar cargas. Pode-se dizer que todas elas funcionam como versões automatizadas do eletróforo de Volta (1776), ou do dobrador de Bennet (1787). Em todas elas, em algum momento da operação duas superfícies sãoaproximadas, estando uma delas carregada eletricamente e a outra aterrada. Isto atrai cargas para a superfície aterrada, de polaridade oposta à carga da superfície indutora. A seguir, o aterramento é removido e as superfícies são afastadas, o que requer energia, e aumenta enormemente o potencial elétrico das superfícies movimentadas. As cargas em alta tensão assim geradas são coletadas nosterminais da máquina por escovas, ou mais usualmente pentes metálicos providos de pontas voltadas para as superfícies carregadas. Nas máquinas de influência, usualmente existe ainda algum mecanismo para usar as cargas geradas para reforçar a carga inicial, e induzir a separação de ainda mais cargas.

Histórico:

A máquina de Wimshurst foi inventada na Inglaterra, por James Wimshurst, e primeiramentedescrita em Janeiro de 1883. Na época já eram conhecidas outras máquinas de influência derelativamente alta potência, como as de Toepler, Holtz (1865) e Voss (1880), que eram todas algo problemáticas, principalmente devido às constantes reversões de polaridade a que eram sujeitas e à alta isolação elétrica requerida para operação eficiente. O elegante projeto da máquina de Wimshurst resolve estesdois problemas, por evitar o uso de superfícies indutoras fixas e por apresentar altas tensões apenas nas vizinhanças dos coletores de carga. A idéia, entretanto, teve curta utilidade prática. Na época a atenção da pesquisa sobre eletricidade estava voltada para aplicações práticas como iluminação elétrica, motores elétricos, telefonia e telegrafia, com muito da pesquisa básica, que se inicioupela eletrostática, e utilizou extensivamente máquinas de atrito, já realizada. Houve uma retomada no interêsse por aplicações práticas para estas máquinas após a descoberta dos raios X em 1895, como fontes de alta tensão para acionar os tubos de Crookes, mas com o advento de eletrificação generalizada, logo fontes de energia mais confiáveis foram desenvolvidas, e as máquinas eletrostáticas de discospassaram a ser apenas dispositivos de demonstração. Atualmente, geradores eletrostáticos mecânicos são usados apenas em aceleradores de partículas, mas na forma mais conveniente para as altas tensões necessárias, do gerador de Van de Graaff (1931) e seus derivados.

Construção:

A máquina consiste em dois discos de material isolante, precisamente cortados e balanceados, originalmente de vidroenvernizado ou ebonite, atualmente sendo mais conveniente usar acrílico ou outro plástico rígido, que giram em sentidos opostos sobre um mesmo eixo horizontal mantendo pequeno afastamento. Os discos são montados, colados ou aparafusados, sobre dois mancais, de madeira, metal ou outro material rígido, que giram livremente sobre um eixo fixo. Mancais de madeira devem possuir um tubo central delatão ou bronze, que gira bem lubrificado sobre o eixo de aço. Melhores resultados são obtidos com mancais suportados por pares de rolamentos de esfera. O eixo fica encaixado, fixado por porcas em suas extremidades, em dois suportes verticais, que são usualmente de madeira ou de ferro, firmemente fixados à base da máquina, que é usualmente de madeira. Nos mancais existem duas pequenas polias, que sãoacionadas pelas polias maiores R-R', montadas sobre outro eixo abaixo dos discos, apoiado em mancais montados nos suportes verticais, e acionadas por uma manivela K. Os cordões que conectam as polias podem ser de couro, borracha, etc. Um dos cordões é montado cruzado, para que os discos girem em sentidos opostos. Colados às faces exteriores dos discos, há séries de setores metálicos a, formando...