Máquina elétrica com tubo de PVC

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

Introdução
Escolher um modelo de gerador eletrostático para operar eficientemente em salas de aula não é fácil. Desde o mais simples, o eletróforo de Volta, até os mais complicados, como as máquinas de Wimshurst e de Van De Graaff, que utilizam motores, rotores, correias, polias etc., temos uma boa variedade de modelos.

O gerador que apresentamos é de projeto bastante simples porém, preenche sobejamente o grande espaço que existe entre o elementar eletróforo e a complicada máquina de Wimshurst. Vale a pena conferir!

Material
Cerca de 80 cm de tubo de PVC de 3/4 de polegada (medida comercial); um pedaço de tecido de algodão; um pedaço de papel alumínio; fio de cobre flexível comum; embalagem plástica de filme 35 mm, anel metálico; tesoura; faca; cola.

Montagem
Usemos das figuras a seguir para comentar a montagem básica dessa máquina elétrica:

A máquina, no seu todo, consiste em um tubo de PVC que, durante seu movimento de vai-vem, é atritado com o tecido de algodão e passa próximo a umas tantas pontas metálicas coletoras de carga elétrica.

A pessoa que vai opera-lo, simplesmente segura o tecido com a mão esquerda embrulhando-o ao redor do tubo. Esse tubo passa por dentro do anel coletor. Com a mão direita o tubo é empurrado e puxado com golpes sucessivos.

Os detalhes construtivos são os seguintes:

Anel coletor: consta de um anel metálico de chapa fina (material cortado de uma lata de refrigerante) tendo em sua periferia cabeças de tachinhas (ou pequenos pregos) que foram espetadas em direção radial e sentido para o centro do anel. Uma gota de cola branca pode ser esparramada sobre as cabeças dessas tachinhas para mantê-las no lugar. Se o aparelho for operado totalmente solto esse coletor pode ser substituído por um simples anel metálico, uma vez que sempre encostará no tubo durante as operações empurrar-puxar.

Uma opção menos trabalhosa para essa coleira, com pontas para dentro, pode ser a seguinte:

Ø corte de uma lata de refrigerante uma tira de 2,5 cm de largura;

Ø faça nessa tira uma série de dentes de 1,5 cm de comprimento em toda sua extensão (comprimento da circunferência da lata);

Ø dobre esses dentes em ângulo de 90^o em relação ao plano da tira;

Ø dobre a tira fazendo um anel.

Ø Ajuste o diâmetro desse anel de modo que as pontas dos dentes fique cerca de 1 ou 2 mm distantes do tubo de PVC.

Essa coleira coletora de cargas elétricas deve ser ligada a uma das armaduras de um capacitor para alta tensão (uma garrafa de Leyden, por exemplo). Um modo para montar um modelo simples de "garrafa de Leyden", a partir de uma embalagem plástica para filmes de 35 mm, pedaços de papel alumínio e fio de cobre comum é:

Ø cole na face interna da embalagem plástica uma tira de papel alumínio (deixe livre uma extensão de 1 cm da borda da embalagem) a qual será a armadura interna do capacitor;

Ø cole na face externa dessa embalagem, outra tira de papel alumínio, envolvendo-a lateralmente, a qual será a armadura externa do capacitor (deixe livre uma extensão de 1 cm da borda da embalagem);

Ø amarre um fio de cobre (descascado e lixado) ao redor da embalagem, mantendo bom contato com a tira externa de alumínio. Após torcer o fio, deixe 10 cm de pontas livres (uma das pontas fará parte do faiscador e a outra será ligada ao ponto de aterramento).

Ø faça um furo no centro da tampa da embalagem e passe por ele um pequeno parafuso de cabeça redonda. Deixe uma porca por cima da tampa e outra por baixo. Essas porcas permitem fixar dois pedaços de fio de cobre desencapados e lixados; um externo que será ligado ao anel coletor de cargas e um interno que ficará encostado na tira de alumínio interna (armadura interna).

Ø aproxime um dos fios ligados à armadura externa da cabeça desse parafuso (deixe um espaço de cerca de 5 mm). A cabeça do parafuso e a orelha na extremidade livre desse fio externo constituem nosso faiscador.

Outro detalhe construtivo importante, para manter o corpo do operador ao potencial elétrico zero, é envolver o tecido de algodão com um pedaço de papel alumínio e este, por sua vez, mediante um fio de cobre, deve ser ligado a um ponto de potencial elétrico zero (potencial elétrico convencionado para a Terra). Esse aterramento pode ser feito ligando-se tal fio a uma torneira (em local com tubulação metálica para a água), a uma esquadria metálica de janela ou ao terminal de terra do cordão de força do computador (terminal com três pinos).

Opcionalmente, com um pouco de engenhosidade e capricho, toda a montagem pode ser feita sobre uma base de madeira e ser acionada por um sistema de biela e manivela, em lugar de manter tudo suspenso com a mão esquerda. Eis uma sugestão:

Nessa montagem, o tecido de algodão (que pode ser substituído por papel toalha) fica dentro de um tubo metálico de diâmetro maior que aquele do tubo (um pedaço de 15 cm de tubo de alumínio ou de ferro de 3 polegadas, serve perfeitamente). Mesmo sem o disco de madeira, apenas usando a mão em lugar da biela, essa montagem é a recomendada.

Procedimento
Como já sugerido, basta mover o tubo de PVC empurrando-o e puxando-o em golpes sucessivos. Com bom atrito e com o faiscador com a abertura indicada consegue-se ver (e também ouvir) uma faísca a cada golpe.

Retirando-se o capacitor do circuito, a faísca só será vista em quarto escuro e faiscador com abertura de 2 mm. Em compensação, se dois desses capacitores forem ligados em paralelo o efeito será notoriamente acentuado. Com o faiscador com abertura de 2cm ou mais, só se obtém fortes faíscas após vários golpes do tubo de PVC. A carga armazenada nesse capacitor (mantendo o faiscador fora de ação) pode ser utilizada para fazer funcionar o motor eletrostático de garrafas (veja essa montagem nos projetos da Sala 11).

Funcionamento
Essa máquina segue passo a passo o funcionamento de um gerador de Van De Graaff ... só falta a cúpula (ou domo coletor)! E, na falta dessa, acrescentamos o capacitor de Leyden. Percebeu que o tubo de PVC nessa máquina desempenha o mesmo papel que a correia no gerador de Van De Graaff?

Será que você percebeu as demais semelhança? Veja essa ilustração onde eliminamos o faiscador e substituímos o capacitor por uma cúpula com furos diametralmente oposto:

Agora reveja o funcionamento do gerador de Van De Graaff (não esqueça de ler também o "poder das pontas") e tudo ficará bastante claro.

Agradecimentos
São especialmente bem vindas as críticas, comentários e sugestões sobre os projetos apresentados e construídos pelo autor. Vários Professores, Mestres e Doutores têm-nos prestigiado, vendo aqui um honesto trabalho de divulgação em prol de nossos jovens. 

Dentre eles citamos a presença de Antonio Carlos M. de Queiroz, cuja página www.coe.ufrj/acmq/index.html recomendamos. As notas abaixo são provenientes desse amigo e colaborador.
Nota1: A máquina eletrostática com tubo trabalha bem mesmo em dias úmidos mas, nessas condições o PVC não é muito bom isolante. Recomenda-se sua substituição por tubos plásticos escuros usados em eletrodutos ou, na falta desses, uma boa mão de verniz de poliuretano no tubo de PVC.
Nota2: Máquinas, utilizando-se desse princípio, já foram construídas lá pelo século XVIII (Winkler,1743), obviamente não com tubo de PVC. Há links disponíveis em minha página.