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.



(http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/Static_Electricity/Toepler-Holtz_Machine/Toepler-Holtz_Machine.html)


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.


 

 

Torneei então dois pequenos bastões de acrílico, com diâmetro de 10 mm e comprimento de 50 mm, que servirão de suporte principal para o disco fixo. Estes dois pequenos bastões tiveram então ceu centro furado e fiz rosca M6 em seu interior, em ambos os lados. Nocentro de cada um dos tres furos feitos no poste principal de madeira realisei um furo de 6 mm atravessando-o. desta forma, colocando parafusos M6 na parte do poste que fica para o fundo da máquina, posso fixar o eixo do boss e os dois bastões de acrílico. Mediante aperto e usod e arruelas de pressão, variando o aperto do parafuso dos bastões poderei mover a posição do disco fixo em relação ao disco móvel, ajustando seu paralelismo.  

 





para a continuação da montagem desta máquina - clique aqui...

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