A máquina de Wimshurst é uma máquina que funciona primariamente pelo princípio da indução eletrostática. Um par de discos de material isolante colocado próximo é girado em sentidos opostos e neles são separadas cargas em extremos dos discos (linha do equador). Estas cargas são multiplicadas à medida que giram os discos, e o potencial relativo entre os extremos dos mesmos cresce exponencialmente até que ocorra a ruptura do ar ocasionando faíscas. Isto tudo em tese, como nos livros de física! Na prática, até conseguir um resultado aceitável, tive que tentar (e aprender!) por algumas semanas!
Não é meu objetivo desestimular as pessoas a tentar construir este dispositivo, muito antes pelo contrário. Mas preciso dizer - não é uma empreitada fácil! Começando pela escolha do material, passando pela mecânica e terminando em sua operação, existem manhas e dificuldades que só quem tenta pode confirmar.
Mas os resultados valem o esforço! Mesmo a minha pequena máquina, feita sem que eu tivesse acesso a muitos recursos (ferramentas), foi capaz de gerar faíscas de quase 12 cm, suficientes para "assombrar" minha atenta plateia de alunos.
Mas afinal, quais são estas dificuldades? Abaixo preparei uma lista que pode ajudar o candidato a construtor:
1)
Discos - discos de acrílico são ideais. Cortar um
disco
bem redondo e furar exatamente seu centro é bem mais
difícil do que parece à primeira vista! Uma
alternativa
simples é usar um velho par de LP´s de
música
(discos de acetato), que já são redondos e
furados no
centro. Não fica bonito, mas funciona.
2) Setores - são as peças de metal coladas nos discos. Eu prefiro usar fita alumínio adesiva, mas ela é cara. Uma solução é cortar os setores de forma de pizza e colar com cianoacrilato ("super bonder"). O ideal é fazer um molde, desenhando o disco e os setores no computador, imprimindo e recortando para ter um molde com o espaçamento adequado. Voce pode usar o programa WMD do professor Antonio Carlos Queiroz para definir o numero de setores e espaçamento entre eles.
3) Capacitores ("garrafas de Leyden") podem ser feitas com garrafas PET para pequenas máquinas, tubos de PVC com tampas coladas, potes de algodão, copos plásticos. Evitar vidro e plásticos com cor por causa dos corantes que podem fazer o material condutor. Não é preciso encher o capacitor ! Basta colar uma folha de metal (papel alumínio de alimentos) por dentro e outra por fora do material isolante!
4) Bolas / esferas - o grande problema! Eu uso puxadores de móveis, mas são caros e difíceis de conseguir; outra alternativa são as bolas chinesas de exercícios para as mãos (elas tem um sininho dentro).. Uma outra alternativa é tentar fazer voce mesmo, mas não é fácil construir esferas. Na minha primeira máquina usei puxadores velhos de um antigo roupeiro. Note que as bolinhas são de metal, e não de plástico revestido (metalizado) como são os puxadores que se encontra em ferragens hoje em dia.
5) Eixos - o melhor mesmo é usar eixos prontos. Velhas impressoras de computador são uma possível fonte para os eixos. Sem um torno é difícil conseguir polias que girem sem folga.
6) Coletores de carga: eu recorto usando uma tesoura serrilhada que comprei para este fim. Existe em lojas de artesanato para cortar tecido, mas cortam bem latão fino e alumínio.
7) Correias: correias de borracha são difíceis de conseguir em grande tamanho. Eu uso correias de couro, daquelas usadas nas antigas máquinas de costura. Mas em algumas lojas de eletrônica pode-se conseguir correias de borracha que servem se a máquina for pequena.
2) Setores - são as peças de metal coladas nos discos. Eu prefiro usar fita alumínio adesiva, mas ela é cara. Uma solução é cortar os setores de forma de pizza e colar com cianoacrilato ("super bonder"). O ideal é fazer um molde, desenhando o disco e os setores no computador, imprimindo e recortando para ter um molde com o espaçamento adequado. Voce pode usar o programa WMD do professor Antonio Carlos Queiroz para definir o numero de setores e espaçamento entre eles.
3) Capacitores ("garrafas de Leyden") podem ser feitas com garrafas PET para pequenas máquinas, tubos de PVC com tampas coladas, potes de algodão, copos plásticos. Evitar vidro e plásticos com cor por causa dos corantes que podem fazer o material condutor. Não é preciso encher o capacitor ! Basta colar uma folha de metal (papel alumínio de alimentos) por dentro e outra por fora do material isolante!
4) Bolas / esferas - o grande problema! Eu uso puxadores de móveis, mas são caros e difíceis de conseguir; outra alternativa são as bolas chinesas de exercícios para as mãos (elas tem um sininho dentro).. Uma outra alternativa é tentar fazer voce mesmo, mas não é fácil construir esferas. Na minha primeira máquina usei puxadores velhos de um antigo roupeiro. Note que as bolinhas são de metal, e não de plástico revestido (metalizado) como são os puxadores que se encontra em ferragens hoje em dia.
5) Eixos - o melhor mesmo é usar eixos prontos. Velhas impressoras de computador são uma possível fonte para os eixos. Sem um torno é difícil conseguir polias que girem sem folga.
6) Coletores de carga: eu recorto usando uma tesoura serrilhada que comprei para este fim. Existe em lojas de artesanato para cortar tecido, mas cortam bem latão fino e alumínio.
7) Correias: correias de borracha são difíceis de conseguir em grande tamanho. Eu uso correias de couro, daquelas usadas nas antigas máquinas de costura. Mas em algumas lojas de eletrônica pode-se conseguir correias de borracha que servem se a máquina for pequena.
Uma dica importante é:
não tenha pressa! Este
não
é um projeto para se fazer em um dia! Mesmo com alguma
experiência levo alguns meses para concluir um projeto. Minha
primeira máquina, esta que apresento abaixo, foi
construída em 3 meses, pois à medida que ia montando ia
descobrindo novos problemas que implicaram em refazer muitas
peças! Clique aqui e assita a um pequeno vídeo
com minha primeira
máquina de Wimshurst
em operação em diferentes etapas de sua montagem,
e
observe o aumento no tamanho das faíscas à medida
que fui
melhorando-a.
Abaixo
reproduzo algumas fotos de minha primeira máquina de
Wimshurst. Como pode-se verificar, sua construção
foi
bastante rudimentar, usando partes e peças usadas, mas os
resultados foram muito bons: faíscas de até 7 cm
foram
obtidas em dias secos (depois de muitas
modificações e melhoramentos!).
Esta
minha primeira maquina
tinha algumas particularidades interessantes. Como não
consegui
fazer escovas suficientemente flexiveis e resistentes (escovas
são as peças que fazem contato com os setores para
transferir cargas de um lado a outro), optei por colar
calotas cromadas sobre os setores e realizar o contato dos
neutralizadores através de pequenas molas. Apesar do
ruído gerado, o sistema mostrou-se bastante resistente e os
alunos da escola que a utilizam já comprovaram a robustez do
conjunto (!!!). As calotas metálicas que usei são do tipo
utilizado em artesanato de couro para enfeitar botas e cintas.
Nas fotos abaixo voce poderá ver algumas das mudanças que fui implementado para melhorar o funcionamento de minha primeira máquina de Wimshurst: primeiro nos neutralizadores, depois os coletores de carga, por fim nas garrafas de Leyden.
As primeiras garrafas de Leyden que construí foram implementadas em pequenas garrafas de refrigerante PET. Elas funionaram bem no princípio, mas logo que melhorei o desempenho da máquina elas furaram o dielétrico devido ao incremento de tensão obtido. Estimando a tensão necessária para isto acontecer concluí que se pode usar estas garrafinhas de plástico para diferenças de potencial de até, no máximo, 20 kV (como elas são colocadas em série na máquina suportam tensões de até 40 kV supondo uma distribuição igual de cargas em ambos os pólos).
Esta máquina é usada hoje para demonstrações em uma escola pública em Porto Alegre (Colégio Estadual Ivo Corceuil). Depois dela construí uma segunda máquina, uma terceira e quarta máquina de wimshurst, até chegar em um conjunto cujo desempenho e confiabilidade foseem tais que permitissem demonstrações em sala de aula.
Nas fotos abaixo voce poderá ver algumas das mudanças que fui implementado para melhorar o funcionamento de minha primeira máquina de Wimshurst: primeiro nos neutralizadores, depois os coletores de carga, por fim nas garrafas de Leyden.
As primeiras garrafas de Leyden que construí foram implementadas em pequenas garrafas de refrigerante PET. Elas funionaram bem no princípio, mas logo que melhorei o desempenho da máquina elas furaram o dielétrico devido ao incremento de tensão obtido. Estimando a tensão necessária para isto acontecer concluí que se pode usar estas garrafinhas de plástico para diferenças de potencial de até, no máximo, 20 kV (como elas são colocadas em série na máquina suportam tensões de até 40 kV supondo uma distribuição igual de cargas em ambos os pólos).
Esta máquina é usada hoje para demonstrações em uma escola pública em Porto Alegre (Colégio Estadual Ivo Corceuil). Depois dela construí uma segunda máquina, uma terceira e quarta máquina de wimshurst, até chegar em um conjunto cujo desempenho e confiabilidade foseem tais que permitissem demonstrações em sala de aula.
Primeira versão de minha primeira máquina - nela os neutralisadores
tocam o disco através de cordas de aço de violão (esquerda), mas quebravam
com frequencia. Testei então roletes (direita) mas o barulho foi muito grande.
Na figura podem ser vistas as primeiras garrafas de Leyden, construídas usando garrafas PET de refrigerante
Todas as
conexões foram
feitas com tubos de cobre (destes usados em
refrigeração)
soldados com estanho; as esferas são puxadores
de
um velho
guarda-roupas. Os setores são recortados de uma folha de
alumínio, as
semi-esferas coladas nos setores são rebites de
calças
jeans. Os eixos são de cobre, e sobre eles giram
peças de
teflon (meu primeiro trabalho em meu pequeno torno). As correias
são de borracha, do tipo usado como correia em gravadores de
áudio. Os discos,
de 30 cm de diâmetro, são de acrílico transparente.
Detalhe da fixação dos terminais de descarga e os novos coletores de carga
As
"garrafas de
leyden" (capacitores), em sua versão definitiva, foram
construídos usando
cano de pendurar toalha de banheiro (de plástico
transparente)
revestidos por dentro e por fora de folha de papel alumínio,
de
cozinha. Tampos superior e inferior foram feitos torneando-se
peças de teflon.
Detalhe do eixo inferior e correias
Alguns
alunos observam minha máquina em aula que
apresentei na Escola Estadual Prof. Ivo Corceuil.
apresentei na Escola Estadual Prof. Ivo Corceuil.
Outra foto, mostrando
também o primeiro gerador Van de Graaff que
construí e doei para a escola.
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