O eletróforo (Um gerador eletrostático bem simples)

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Apresentação
Denominamos máquinas eletrostáticas a todos os aparelhos capazes de fornecerem, de modo contínuo, quantidades notáveis de cargas elétricas sob alto potencial elétrico. Tais aparelhos sempre foram e serão atrações em Feiras de Ciências. Existem máquinas de bom porte como o gerador de Van De Graaff, o de Wimshurst, o de Kelvin etc. Entretanto, para trabalhos em laboratórios e demonstrações simples em sala de aula a mais recomendada delas é o Eletróforo de Volta.

Material
Disco de alumínio ou madeira envernizada ou papelão com cerca de 25 cm de diâmetro; folha de papel alumínio gomada (tipo "Contact"), caso a opção anterior seja para o disco de madeira ou papelão; cabo isolante (20 cm de tubo plástico); folha espessa de plástico (para empacotamentos especiais, capas de arquivos, sacos de lixo etc.) e material para eletrização por atrito (pele artificial, suéter de lã, peruca, meia de seda etc.).

Montagem
A descrição será feita a partir da opção --- disco de papelão. Recorte um disco de papelão com diâmetro de 25 cm. Cubra uma de suas faces com papel alumínio (de preferência tipo "Contact" alumínio, que já vem com cola), deixando sobrar cerca de 5cm em todo o contorno. Esta sobra deve ser dobrada e colada na outra face (faça cortes nesta sobra para facilitar a dobra e a colagem). Toda essa tarefa será dispensada se o montador optou por disco de alumínio.
Nota: As folhas de papel alumínio auto-colantes, recobertas por fina camada de plástico em ambas as faces, não servem. Recorra ao papel alumínio dos rolos, para cozinhas.

No centro desse disco e do lado em que foi grudada a sobra do papel alumínio, fixe um cabo isolante (tubo ou bastão plástico) com cerca de 20 cm de comprimento. O tubo pode ser fixado com cola forte; o bastão, mediante parafuso de cabeça chata. Quando segurar o aparelho pelo cabo, verifique que sua mão fique distante da borda de papel alumínio; seus dedos não devem tocá-lo.

Procedimento
O eletróforo de Volta funcionará bem em dias secos. Para testar a umidade relativa do ar, atrite a lâmina de plástico com a meia de lã e verifique se, chegando o braço perto dessa lâmina, os pêlos do braço ficam eriçados (levantados). Se isto não acontecer, aguarde um dia seco para refazer o experimento ou vá para um ambiente onde se tenha ar condicionado, que geralmente é bem seco.

Para operar o eletróforo, coloque a folha de plástico sobre uma mesa e esfregue bem sua superfície com a pele, suéter ou peruca. Apóie o disco sobre o plástico, segurando-o pelo cabo isolante. Com o disco ainda sobre o plástico, toque o papel alumínio com seu dedo. Isto vai permitir a passagem de carga elétrica de seu corpo para o disco.

Agora, após retirar o dedo e segurando pelo cabo, afaste o disco do plástico. O disco estará carregado (eletrizado) e sua carga poderá ser utilizada para realizar vários experimentos tais como: fazer piscar uma pequena lâmpada de néon (NE-2), produzir pequenas faíscas, mover a agulha de um eletrômetro, carregar uma garrafa de Leyden, fazer girar um torniquete elétrico, atrair a bolinha de um pêndulo eletrostático, curvar o fio de água que escorre de uma torneira, eletrizar outros corpos por contato, eletrizar outros corpos por indução, separar as folhas de um eletroscópio etc.

Após o uso do disco em algum experimento ele ficará descarregado. Para recarregá-lo basta colocá-lo novamente sobre a folha de plástico, tocar com dedo a borda de alumínio e retira-lo de cima da folha. Não é necessário esfregar a folha de plástico com a pele ou suéter, pois ela não perdeu sua carga (a menos que o ambiente esteja úmido).

Explicando
A carga que carrega o eletróforo não veio do plástico e sim por intermédio seu corpo, por ocasião do toque com o dedo. Parece impossível, não ? O plástico eletrizado, nestas experimentações sucessivas funciona como uma fonte de energia e não perde sua força quando atrai as cargas contrárias do papel alumínio que recobre o disco do eletróforo. De onde vem a energia então? Ela vem do trabalho realizado pelos músculos de seu braço para puxar o disco para longe da folha de plástico.

Ao ser atritada, a folha de plástico fica eletrizada com carga cujo sinal vai depender do "par de material" que entra em atrito. Admitamos que ela adquira carga negativa. Ao colocarmos o disco metálico sobre a folha de plástico esse (o disco) sofre o efeito da indução eletrostática. A separação de cargas no disco será tal que, as cargas positivas ficam na face inferior (lado voltado para o plástico negativo) e as negativas irão para a face superior (bordas coladas por cima do papelão). Quando o dedo toca a parte metálica do disco, os elétrons em excesso da face superior escoam através do corpo para a terra, ficando as cargas positivas da face inferior "presas" pela presença das cargas negativas do plástico. Ao retirar o dedo a situação se mantém: face superior neutra e face inferior eletrizada positivamente (e fortemente atraída pelas cargas negativas do plástico). Na fase "retirar o disco de cima do plástico" é que comparece o trabalho do operador vencendo as forças de atração eletrostática. Esse trabalho fica armazenado no disco sob a forma de energia potencial eletrostática.

Com o afastamento do disco as forças externas de atração elétrica praticamente desaparecem e as cargas positivas espalham-se (por repulsão) por toda a superfície metálica do disco --- ele fica eletrizado positivamente (sinal contrário ao das cargas do plástico).

Nota: Em boas condições, a carga acumulada no eletróforo de Volta é suficiente para fazer funcionar nosso motor eletrostático de garrafas.

Simplificando e eletrizando por indução
Um modelo simples de eletróforo pode ser construído utilizando-se de uma forma de pudim (na qual isolou-se sua protuberância central com um cone de isopor) e um prato de plástico. Atritando-se o prato de plástico com um pedaço de flanela, ele fica eletrizado negativamente. O processo para eletrizar a forma de pudim (eletróforo), por indução, segue 4 etapas:

1- aproximar a forma (neutra) do prato eletrizado (não é necessário encostar). Nessa fase, as cargas negativas fixas no prato induzem separação de cargas na forma de pudim; sua base fica positiva e sua parte superior fica negativa.

2- mantendo-se a forma próxima do prato, toca-se a forma com o dedo. Nessa fase, os elétrons da parte superior da forma escoam pelo dedo, corpo e vão à terra. As cargas positivas na base da forma continuam presas por atração.

3- retira-se o dedo da forma. As posições das cargas mantém-se.

4- afasta-se a forma do prato (nessa fase o operador realiza trabalho contra as forças de atração eletrostáticas). Durante esse afastamento ocorre nova redistribuição das cargas positivas.

Acompanhe essas etapas, na animação: