Máquina de Voss
(Töepler - Holtz machine)
Após
a construção de máquinas de Wimshurst ,
Ramsden, Van de Graaff e Bonetti decidi aventurar-me na
construção de uma máquina de Voss semelhante
às que encontrei na internet. Esta página documenta
o projeto desde sua concepção até a
construção do modelo.
O
objetivo de meu projeto foi estudar construir um modelo semelhante ao
da foto abaixo, encontrada na universidade Washington and Lee em
Lexington, Virginia, EUA.
Um pouco de história e investigação
A máquina eletrostática de
Voss é uma máquina de indução eletrostática (a exemplo das máquinas de
Wimshurst e Bonetti), que ao que consta foi apresentada em 1880 pelo
construtor de instrumentos alemão chamado Robert J.Voss. É considerada por alguns uma
variação da máquina eletrostática de Holtz, que foi inventada em 1865,
com os indutores colocados em um disco fixo e carregados a partir de
peças metálicas fixadas a outro disco, rotativo. Segundo
consta, Töepler também apresentou uma máquina similar a esta no mesmo ano,e
por isto esta máquina também é conhecida na literatura como máquina de
Töepler-Holtz ou Töepler-Voss.
Esta máquina foi bastante utilizada
como fonte de alta tensão para os primeiros aparelhos de raios X,
usados no início do século XIX. A figura abaixo é um folheto de 1882,
apresentando uma destas máquinas. Uma de suas alegadas virtudes é a
operação em condições desfavoráveis de umidade e a capacidade de
auto-excitação, ou seja, a máquina começa a operar sem que haja a
necessidade de fornecer-lhe uma carga inicial.
É preciso
dizer que há uma relativa dificuldade em classificar esta
máquina. Em geral as máquinas eletrostáticas
são designadas pelo nome de seu inventor. Ocorre que
diferenças discretas e pequenas existem, ou seja, diferentes
construtores podem implementar soluções diferentes a um
modelo que conceitualmente é muito semelhante. Segundo a
investigação que fiz a máquina em questão
é realmente uma máquina de Holtz que teve pequenas
modificações em seu design original; não sei dizer
se isto é ou não motivo para chamá-la de
"máquina de Voss", ou se o correto seria referir-se a ela como
"versão de Voss" da "máquina de Holtz". A seguir
apresento diferentes designações em livros e folhetos da
época.
No folheto comercial abaixo encontra-se referência a esta máquina como sendo "máquina de Voss".
Retirado do catálogo de preços "Voss, J. Robert. n. d. Preis-Liste über Selbsrerregende, Holz'sche Wimshurst-Electrisir-Maschinen, Metall-Spiral-Hygrometer und Physikalischer Instrumente.
Berlin" podemos observar abaixo tratar-se da máquina que decidi
construir. Uma tradução do alemão apresenta este
documento como sendo de "Máquinas elétricas de Holtz e
Wimshurst".
No
livro "Electrical Influence Machines" de John Gray, publicado em
Londres em 1903, encontrei a referência abaixo sobre
esta máquina , chamando-a de máquina de Voss:
Também
encontrei referência a esta máquina como sendo
"Máquina de Töepler" no livro "Medical Eletricity,
Röentgen Rays and Radium" de Sinclair Tousey, publicado em 1916 na
Filadélfia, EUA sendo usada para dar partida em uma
máquina maior, de Holtz.
Encontrei
referência a esta máquina como sendo "uma máquina
de Holtz com excitação de Töepler" no livro "A
Textbook of Physics" de E. Grimsehl , volume III, páginas 62, 63
e 64, publicado em 1903, conforme abaixo.
No
"Journal Universel D'eléctricité", La Lumiere
Électrique, M. Monsel, Paris, pagina 149, publicado em
1881, há uma nota sobre a combinação das
máquinas de Holtz e Töepler feita por um M.B. Voss. Seria o mesmo Voss?
No
catálogo da empresa W.M.Welch de Chicago, USA, encontra-se
referência a esta mesma máquina, aí designada como
máquina de Töepler - Holtz.
A
patente da máquina dupla (dois discos rotativos e um fixo)
fabricada por Robert Voss foi registrada nos Estados Unidos da
América em 27 de Agosto de 1889 sob o numero 410.053 em seu
nome. Cabe observar que lendo o texto da patente detalhadamente, fica
claro que a invenção se refere ao fato de ela ser dupla,
ou seja, usar dois discos ao invés de um como na máquina
de Holtz.
A Teoria de funcionamento da máquina de Voss pode ser encontrada neste site.
Minha versão da máquina de Voss
Tentei
reproduzir uma máquina de Voss empregando materiais modernos
aonde haveria deficiência de funcionamento usando os materiais da
época. Isto significou usar acrílico aonde originalmente
se usava vidro - nos discos, garrafas de Leyden e em outros isolantes
tais como ebonite. Além de ser mais fácil de furar e
cortar o acrílico é menos propício a acumular a
umidade do ar em sua superfície, e portanto funciona melhor como
isolante.
Iniciei meu projeto definindo as dimensões da máquina.
Tomei por base o tamanho do disco móvel, de 31 cm, e imprimi
ampliada uma foto do modelo que resolvi reproduzir. Medi então
tudo o que precisava com uma escala, e com estes valores determinei o
projeto.
Os discos eu cortei em acrílico de cor ambar cristal, que
parecem vidro envernizado como em algumas fotos que vi. A base, de
madeira de lei, é feita usando a madeira de uma táboa de
churrasco (afinal, sou gaúcho!) e o suporte do conjunto é
torneado com a madeira de um cabo de enxada. A foto abaixo mostra o
material principal usado na montagem.

A
primeira peça a ser confeccionada foi o boss do disco
giratório. Feito de madeira, foi torneado sobre um pedaço
de cabo de enxada e em suas extremidades cavados buracos com
dimensões para abrigar dois pequenos rolamentos retirados de um
motor de ventilador de teto. O eixo original deste motor foi
também usado como eixo da máquina.
O disco móvel teve seu centro furado de forma a fixar-se no boss recem construído, através de 4 parafusos.
Ficou perfeito! Segurando o conjunto pelo eixo, ponho o disco a girar e
ele leva um tempo enorme para parar, o que indica um baixo atrito.
Aliás, para auele que se animar a fazer esta ou qualquer
máquina eletrostática, esta tarefa, que parece simples,
é bem dificil de realizar sem um torno!
Passei
então a preparar o poste de sustentação principal.
Fiz, com o auxilio de uma fresadora, um furo perfeitamente
perpendicular ao eixo de forma a encaixar apertado o eixo que passa
pelo boss que antes preparei. Depois fiz mais dois furos com
diâmetro de 10mm, tudo perfeitamente alinhado entre si. As fotos
abaixo representam esta etapa.
para a continuação da montagem desta máquina - clique aqui...
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