Construção de uma máquina de Wimshurst "de verdade"!

última atualização: 11/04/2007

A vida é interessante. Algumas pessoas deixam de lado sonhos da infância , outras simplesmente não conseguem deixá-los de lado. Desde menino, lendo antigos livros na biblioteca da escola aonde estudava, sonhava um dia poder construir e operar uma verdadeira máquina eletrostática. Fascinou-me aprender um pouco sobre a estrutura da matéria, o modelo atômico, o elétron - mas eu precisava "ver ao vivo" tudo aquilo que lia. Em especial a máquina de Wimshurst, que aparecia em muitas ilustrações, chamava minha atenção.

Infelismente as dificuldades para a construção de algo assim são grandes, especialmente se não se tem recursos financeiros e materiais para a sua implementação. A vida passou, veio a internet e um dia, procurando informação sobre descargas elétricas para um trabalho que devia fazer para meu curso de física, encontrei o website do Professor Antonio Carlos Queiroz (http://www.coe.ufrj.br/~acmq/wimport.html∞) - lembrei imediatamente deste sonho deixado para trás - e me perguntei : por que não resgatá-lo?

Passei então a estudar e construir diferentes versões da máquina de Wimshurst. A primeira máquina foi doada a uma escola estadual aqui em Porto Alegre, aonde espero algum dia que um garoto curioso como fui possa se sentir motivado a estudar física. A segunda máquina foi doada ao núcleo de ensino de ciências na faculdade de biologia da PUC/RS - NECBIO, para treinar futuros professores a executar demonstrações de eletrostática.

Esta página apresenta com detalhes a implementação de minha terceira máquina de Wimshurst, numa versão que a meu ver está bem próxima daquelas que eu conhecí nos livros de física.

Gostaria de comentar aqui um aspecto interessante desta atividade a que me dediquei: devido à grande quantidade de operações necessárias para se obter as peças para montar estas máquinas, decidi estudar e adquirir um pequeno torno chinês, uma furadeira de bancada me foi doada por meu amigo e irmão Claus Collats. Aprendi muito sobre a confecção de peças com meu amigo Nestor Vogel, colega aqui no Labelo, que também me ajudou em diversas operações mais complicadas. Também pesquisei muito sobre materiais, inclusive havendo construído um voltimetro eletrostático para poder determinar o potencial desenvolvido por minhas máquinas.

Meu objetivo com este projeto é construir algo bonito e funcional como esta máquina antiga:



Em face a todo o conhecimento e experiência que adquiri, quer através de pesquisa e experimentação, quer pela troca de idéias com o professor Antonio Carlos Queiroz e dado o carater multidisciplinar que envolve um projeto deste tipo, recomendo fortemente que todos os que por ele se interessam que efetivamente coloquem-no em prática!

Início do Projeto

Para o dimensionamento da máquina (tamanho dos discos, estimativa da corrented e saída, etc. utilisei o software desenvolvido pelo professor Antonio Carlos M. Queiroz, o WMD (clique aqui para download∞). Usando este software optei pelos seguintes valores:



De acordo ao calculado, minha máquina deverá produzir faíscas de mais de 20 cm e uma corrente de pouco mais de 26 microampéres. claro que isto é teórico, e dependerá do material utilizado na sua implementação e nas condições ambientais em que a máquina for utilizada. Coletores de carga Material: Latão 1/4 de polegada , parafusos M3 e M4, conector IDE retirado de um velho HD e puxadores de latão dourados (esferas) As pontas do coletor de carga são cônicas. Foram usados os terminais dourados (pinos) de um conector IDE usado em um HD de computador; no terminal (barra) aonde eles são fixados foram feitos pequenos furos usando uma broca de 1 mm e neles foram inseridos os pinos. Após soldou-se com estanho para garantir que não soltem. Nos extremos são feitos furos com rosca M4 para fixação de pequenas esferas metálicas (puxadores de metal) usando parafusos.

Preparação dos discos

Material: Disco de acrílico 2,5 mm, cortado nas dimensões adequadas; fita auto-adesiva de alumínio

Sem dúvida esta é uma das tarefas mais complicadas de se fazer se não houver o recurso material necessário. Os meus discos são de acrílico de 2,5 mm de espessura e diâmetro de 43,5 cm. Foram cortados com uma serra tico-tico elétrica e então fixados em um eixo preso ao carro porta ferramentas em um torno, em cuja placa foi fixada uma ferramenta constituída de um disco de madeira com uma lixa colada nele.O resultado foi bom, obtive dois discos bem iguais e circulares.






O passo seguinte foi demarcar o local de colagem dos setores.
Construí então em uma folha de papelão uma escala de referência , usando um transferidor, e marquei a posição dos setores, separados por ângulos de 20º. (São 18 setores).
Passei então a fabricar os setores. eles são construídos a partir do corte de uma fita de alumínio auto-adesiva (marca Scotch) cortadas usando uma ferramenta especial que mandei fazer em uma fábrica de artefatos para a indústria calçadista. Naturalmente os setores podem ser recortados à tesoura, mas como eu pretendí construir uma máquina bem "profissional"...








Coloquei o disco de acrílico sobre a escala e iniciei a colagem dos setores , usado como guia o desenho feito no papelão.

Garrafas de Leyden (capacitores)

Mandei confeccionar num vidreiro um par de tubos de vidro Pyrex, fechados em uma extremidade, para a implementação dos capacitores de alta tensão de minha máquina. A tampa dos mesmos foi torneada em Nylon, e nelas fiz um furo para a passagem de um terminal cilindrico. Também fiz um pequeno furo na lateral das tampas e neles fiz rosca M3, aí coloquei um parafuso para fixar os eixos nas tampas. Por dentro e por fora do vidro colei a mesma fita metálica de alumínio usada na confecção dos setores, formando as duas placas dos meus capacitores.

O contato da placa interna dos capacitores com a haste metálica que sai pela tampa é feito por uma pequena peça de latão dobrado (ver figuras abaixo) que vai presa à haste por um parafuso (a haste foi furada no sentido do comprimento e foi aberta rosca M3 em seu interior para a fixação do parafuso). Os capacitores desta forma construídos foram medidos usando minha ponte RLC e apresentam capacitância de aproximadamente 120 pF (118pF e 121pF). Não posso precisar sua tensão de ruptura, (pois não pretendo alcança-la!) mas testei os mesmos com minha fonte de alta tensão e os mesmos funcionaram sem problemas até 32kV DC (a tensão máxima da minha fonte). Como eles são ligados em série na máquina de Wimshurst tenho a certeza de que pelo menos 64kV de isolação eles deverão ter (supondo uma distribuição igual de tensão já que a capacitância deles é aproximadamente mesma).

Preparação do eixo dos discos e Bosses

Esta é outra parte relativamente complicada na fabricação da máquina de Wimshurst: O mecanismo de permite aos discos girarem em sentidos contrapostos. Seguindo os conselhos dados pelo Professor Antonio Carlos Queiroz optei por utilizar rolamentos ao invés de buchas no eixo dos discos. Em tarugos de nylon foram escavados buracos aonde foram encaixados rolamentos (extraídos de velhos motores) e tudo foi montado sobre um eixo de 1/4 de polegada. Com isto se conseguiu que não houvesse folga nos discos, podendo então montá-los um bem próximo do outro.

Base de madeira

A base de madeira para a máquina está sendo construída a partir do projeto abaixo.







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