Máquina estática Wimshurst
A máquina de influência Wimshurst é um gerador eletrostático, um mecanismo para gerar altas tensões, inventado pelo inventor britânico James Wimshurst (1832–1903) entre 1880 e 1883.
Dois discos contra-rotativos posicionados num plano vertical, duas barras cruzadas com escovas metálicas e um centelhador de duas esferas de metal conferem-lhe um aspecto distinto.
Componentes:
- Duas placas isolantes – as duas placas giram em direções opostas por meio de uma manivela e duas polias (uma delas torcida formando um 8).
- Secções condutoras – um material condutor (geralmente alumínio) é colocado ao redor da borda de cada placa em intervalos uniformemente espaçados. Os eletrões desse material são transferidos fisicamente pela máquina para serem armazenados nos dois jarros de Leyden (condensadores).
- Duas hastes de metal com escovas – as hastes de metal, fazendo ângulo de 90 ° entre si, possuem escovas de arame finas nas suas extremidades. Essas escovas induzem cargas nas secções condutoras da placa oposta.
- Braços condutores de eletricidade – Esses braços curvos apontam pequenas agulhas na direção das placas giratórias (embora as agulhas não entrem em contato com elas). Eles servem como ponte para as cargas induzidas saltarem das placas e serem armazenadas nos jarros de Leyden.
- Bolas de descarga – As bolas de descarga são anexadas a cada jarro de Leyden. As bolas de metal no final de cada haste atuam como pontos de descarga para formar o centelhador.
- Manípulos com isolamento – manípulos com isolamento são importantes para manipular o tamanho do centelhador sem levar um choque ou descarregar acidentalmente a carga.
- Jarros de Leyden – os jarros Leyden são usados para armazenar cargas elétricas. São cobertos por um revestimento condutor e são ligados por meio de um conector. Os jarros de Leyden foram percursores dos condensadores modernos.
- Conector – Permite que o usuário conecte as superfícies condutoras dos jarros de Leyden entre si. Quando os jarros são conectados, a camada externa do jarro fica carregada, permitindo que o interior do jarro tenha uma capacidade maior de carga. Isso, por sua vez, cria faíscas maiores, mais brilhantes e menos frequentes.
Princípio de funcionamento:
- Para iniciar o processo de carregamento, qualquer carga minúscula em qualquer um dos dois discos é suficiente. Suponha que o disco traseiro tem uma carga eletrostática líquida desprezível. Suponha que essa carga seja positiva (vermelha) e que o disco traseiro (corrente inferior [A]) gira no sentido anti-horário para maior clareza (da direita para a esquerda). Conforme o setor carregado (quadrado vermelho em movimento) gira para a posição da escova ([Y] ponta da seta para baixo) próximo ao disco frontal ([B] corrente superior perto do centro), vai causar polarização de carga no eixo condutor ([Y -Y1] linha preta horizontal superior) segurando a escova, atraindo carga negativa (verde) para o lado próximo ([Y] quadrado superior tornando-se verde) e carga positiva (vermelha) para o lado oposto (através do disco, a 180 graus de distância) ([Y1] o quadrado superior fica vermelho).
- As cargas polarizadas no eixo interferem com os setores mais próximos no disco B, resultando numa carga negativa em B [Y] que está mais próxima da carga positiva inicial em A e uma carga positiva no outro lado de B [Y1]. A carga positiva (vermelha) em A (inferior) é repelida por uma carga positiva (vermelha) em B ([Z] superior) aproximando-se após outra rotação de 45 ° ([Z] próximo ao meio do disco inferior). A primeira ponte de coleta ([Z] seta para triângulos) permite que cargas positivas (vermelhas) e negativas (pretas) se acumulem no ânodo (+) do jarro de Leyden (triângulo vermelho) atraído pelo cátodo (-) do jarro de Leyden (triângulo verde). Quando uma faísca (amarelo) descarrega o jarro de Leyden, completa-se o ciclo entre os discos (triângulos vermelho e verde).
- As cargas que foram produzidas em B alinham-se com as escovas próximas do disco A [X, X1] enquanto B gira 90 ° no sentido horário (da esquerda para a direita). As cargas em B fazem com que o eixo das escovas A polarize na direção oposta, e a polarização do eixo é transferida para o disco. As cargas do Disco B são coletadas pelas pontes de coleta de carga mais próximos conforme gira.
- Semelhante à descrição dos parágrafos acima, o disco A gira 90 graus para que suas cargas se alinhem com a escova do disco B [Y, Y1], onde uma polarização de carga oposta é produzida no eixo condutor B e nos setores mais próximos de B.
- Cada polarização de carga em A induz polarização em B, que induz polarização em A e assim por diante. Até que a capacitância finita do eixo condutor equilibre, cargas exponencialmente maiores são induzidas nas bolas de descarga. Os jarros de Leyden são dispositivos de armazenamento de carga elétrica comparáveis aos condensadores. A saída elétrica é alimentada pela energia mecânica necessária para separar as cargas opostas em setores adjacentes.
Instruções:
- Ao girar o manípulo, poderá ver faíscas na zona de descarga dos eletrodos.
- Aumente lentamente a distância do centelhador e observe como as faíscas ficam mais longas e menos frequentes.
- Insira um pedaço de papel no centelhador enquanto gira o manípulo. Pode ver pequenos orifícios no papel, quando exposto à luz. As bordas carbonizadas ao redor dos pequenos microfuros podem ser vistas ao microscópio.
Links:
MIT Physics Demo — The Wimshurst Machine