Gerador de Van de GraaffUm gerador de Van de Graaff usa triboeletricidade – a criação de uma carga elétrica através da fricção de dois materiais diferentes, muitas vezes referida como a eletricidade estática – para gerar uma grande diferença de potencial que pode produzir uma descarga de alta voltagem. A máquina foi desenvolvida pelo Dr. Robert J. Van de Graaff em 1930, embora tenha sido precedida por uma série de dispositivos que trabalharam com base em princípios semelhantes.

O “mecanismo” para o gerador de Van de Graaff utiliza dois rolos feitos de materiais diferentes – geralmente de metal e plástico – ligados por uma correia de borracha ou outro material isolante, suspensas verticalmente entre eles e acionada por um motor. Um pente de metal, ligação à terra, é posicionado com os dentes voltados para o rolo inferior. Na parte superior do gerador, outro pente de metal é posicionado de forma semelhante, com os dentes para fechar o cilindro superior, sendo ligado a uma cúpula metálica.

Se o rolo superior é de metal e o cilindro inferior é de plástico, o atrito da correia contra o cilindro de plástico irá causar a remoção dos elétrons do plástico para dentro do cinto, de modo que uma carga negativa acumula-se sobre a correia, ao passo que o rolo fica com uma carga positiva. Elétrons do pente inferior são atraídos para o cilindro de carga positiva e irão saltar, mas são impedidos de alcançá-lo pelo cinto de isolamento, o qual, em seguida, adquire uma carga negativa ainda maior.

Gerador sendo apresentado em escola

Gerador sendo apresentado em escola

Na parte superior do dispositivo, os elétrons do pente se afastam da correia de carga negativa e caminham para a cúpula de metal para serem substituídos por elétrons da correia. Assim, existe uma transferência contínua de elétrons a partir do rolo inferior – através da correia superior e pente – para a cúpula de metal, o qual adquire uma carga negativa grande. Se as posições dos rolos são invertidas, a cúpula adquire uma carga positiva.

A forma de cúpula da parte superior do gerador de Van de Graaff é ideal para a realização de uma distribuição de carga uniforme e para maximizar seu potencial. Arestas, pontos ou irregularidades podem causar o vazamento do ar. É por isso que os pentes de metal são usados – os dentes permitem que os elétrons se dissipem facilmente para atingir uma grande acumulação de carga na cúpula.

É possível construir geradores que produzem tensões muito maiores. Um grande gerador de Van de Graaff pode produzir uma diferença de potencial de milhões de volts. O maior gerador já construído está a 12,19 metros de altura e pode gerar diferenças de potencial de 5 milhões de volts ou mais, produzindo faíscas que lembram relâmpagos, medindo vários metros de comprimento.
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Geradores de Van de Graaff também têm aplicações sérias. Por vezes são utilizados para gerar as tensões enormes requeridas para aceleradores de partículas que são utilizadas para investigar as forças fundamentais da natureza. Um gerador Van de Graaff dirigido pela Universidade Nacional da Austrália para esse fim produz uma diferença de potencial de 15 milhões de volts.