O gerador Wimshurst produz eletricidade estática de alta tensão com o movimento de uma manivela. Este post mostra o funcionamento.
O funcionamento do gerador Wimshurst
Foi inventado pelo engenheiro britânico James Wimshurst em 1883, após 3 anos de desenvolvimento. Possui dois discos de diâmetro e espessura idênticos, que giram em sentidos opostos no mesmo eixo. A manivela gira as polias da base, que movem as respectivas correias e as polias de menor diâmetro ligadas aos discos por um eixo.
Os discos são feitos de materiais isolantes como plástico, vidro ou acrílico e possuem placas de metal, chamados de setores.
Para começar a funcionar, uma das placas metálicas deve ter uma pequena quantidade de carga negativa (excesso de elétrons) ou carga positiva (falta de elétrons). Para obter isto, é importante a umidade do ar não ser muito alta. A placa metálica eletricamente carregada, ou indutora, atrai cargas de sinal contrário da placa do outro disco (induzida) e repele as cargas de mesmo sinal. Este é o fenômeno da indução eletrostática.
Enquanto os discos giram, mais setores são induzidos.
Neutralizadores
São duas barras com escovas condutoras, transferem carga elétrica de uma placa para outra no mesmo disco, esta se torna carregada enquanto a outra placa muda de sinal. Por exemplo, se um setor inicialmente com carga negativa induzir eletricamente outro setor, este passa pelo neutralizador, que transfere as cargas negativas para a placa do lado oposto. Consequentemente, a placa originalmente induzida se torna positivamente carregada.
Coletores
Condutores em forma de ‘U’ com pontas finas, que coletam as cargas elétricas, tornando os setores eletricamente neutros e não tocam os discos, um coletor absorve cargas positivas e outro absorve cargas negativas. Por quê os coletores devem ter pontas finas? As cargas se acumulam nas pontas devido à menor superfície, criando um campo elétrico mais forte. Logo, as cargas de sinais opostos recebem uma maior força elétrica. Este é o efeito das pontas.
A garrafa de Leyden
É um capacitor e, como tal, armazena cargas elétricas. Consiste em uma garrafa feita de material dielétrico como o vidro, cujas paredes interna e externa possuem camadas condutoras. Recebe cargas através da esfera condutora que está ligada a um condutor em contato com a parede interna. A parede externa deve ser aterrada para que tenha cargas de sinal contrário à da parede interna.
Finalmente, a grande diferença de potencial entre as esferas condutoras produz os arcos elétricos.
Aplicações no passado e no presente
No início do século XX, devido à capacidade de produzir altas tensões, usava-se a máquina Wimshurst para obter imagens de raios-X e para realizar experimentos como o tubo de Crookes. Atualmente, o gerador está presente em escolas, universidades e museus para ensinar eletrostática.
Vídeo de um gerador Wimshurst
Esta máquina Wimshurst é do Museu Eletrotécnico Húngaro, em Budapeste.
