Gerador de Van de Graaff: da teoria a prática

por Prof. André Astro 22 out

Sobre o Gerador 

gerador de Van de Graaff é um dos aparelhos para estudos da física que visualmente é um dos mais interessantes que podem ser realizados em sala de aula, e a quantidade de conceitos e fenômenos passíveis de explicação com esse equipamento é simplesmente absurdo. 

Basicamente, o gerador de Van de Graaff se utiliza de eletrização por atrito para funcionar, como mostra a figura abaixo:

gerador de Van de Graaff

Figura 1: Funcionamento de um gerador de Van de Graaff. 

Uma correia de borracha, ao se movimentar, se eletriza por atrito com as escovas. A carga elétrica em excesso causada pela eletrização se acumulada na esfera metálica superior, criando campos elétricos de até 40 KV/Cm, o suficiente para, dependendo da situação, quebrar momentaneamente o isolamento do ar e criar pequenos raios. 

Algumas façanhas muito interessantes podem ser realizadas com o gerador. Por exemplo, se você tocar o gerador e ligá-lo enquanto pisa no chão, nada acontecerá, pois você servirá de condutor, para as cargas acumuladas na esfera irem até o chão. Porém, quando você pisa em um material isolante, seja uma base de madeira ou um banquinho de plástico, as cargas não mais fluirão para o chão, e sim se acumularão em você, fazendo um efeito parecido com o apresentado na foto abaixo

Figura 2: Gerador de Van de Graaff em ação

Embora o efeito das pontas dos cabelos se repelindo seja visualmente interessante, o potencial do gerador de Van de Graaff vai muito além. Podem-se mostrar, utilizando os demais acessórios que o acompanha, conteúdos como: tipos de eletrização, linhas de campo elétrico, potencial elétrico, diferença de potencial elétrico, poder das pontas, formação de raios, capacitores entre outros. 

 

 

 

 

 

 

Figura 3: A primeira figura demostra as linhas de campo elétrico entre dois potenciais de diferentes formatos. A segunda figura, mostra a descarga elétrica entre duas esferas metálicas que compõem o kit.

Uma Sugestão de Apresentação 

Uma maneira interessante de começar uma apresentação em sala, com o Gerador de Van de Graaff, é questionando os alunos com perguntas do cotidiano, para verificar o conhecimento prévio deles sobre o conteúdo. Por exemplo: 

Vocês já tentaram tocar nos dois polos de uma pilha convencional (1,5V) ao mesmo tempo, fechando um circuito com os próprios dedos? O que aconteceu? E com uma bateria de 9V? Tenho um pouco de receio de perguntar, e antes de continuar a leitura já aviso: NÃO FAÇAM ISSO!!! Mas o que acontece se você colocar os dedos na tomada? E o que aconteceria se colocassem os dedos em 200.000V? É possível colocar as mãos em 200.000V e sobreviver? 

Se colocarmos os dedos nos dois polos de uma pilha convencional ou de uma bateria de 9V, aparentemente, nada vai acontecer, você não vai sentir absolutamente nada. E o motivo é que a tensão e a corrente são muito baixas para percebermos. Porém, colocando os dedos na tomada a coisa já muda de figura, 110V já é o suficiente para causar um choque perigoso. E para o corpo humano, quanto maior a tensão, maior será a corrente, portanto, caso na sua região a tensão seja 220V, é ainda mais perigoso. Pensando em 200.000V a situação fica ainda mais trágica. A não ser que você use um gerador como o de Van de Graaff. 

O grande segredo do gerador de Van de Graaff é que, embora a tensão entre a esfera e o chão possa ser de até 200.000 volts, a quantidade de carga é bem pequena, fazendo com que possamos tocar na esfera sem maiores problemas. Sendo baixa a corrente elétrica envolvida, estamos suscetíveis a um choque mínimo, algo mais parecido com uma pequena picada. 

Sugestão de Experimentos

Dependendo do conteúdo que estiver sendo explicado, o Gerador de Van de Graaff pode ser utilizado para potencializar uma apresentação e a aprendizagem. O próprio funcionamento do gerador é um exemplo interessante de eletrização por atrito. Com a esfera de metal eletrizada, e uma pessoa com as duas mãos em contato com a esfera, pode-se demonstrar a eletrização por contato, poder das pontas e ainda demonstrar que o choque não depende do potencial, mas de uma diferença de potencial. O aluno, ao estar isolado do chão e em contato com a esfera eletrizada, fica no mesmo potencial da esfera, o mesmo efeito que ocorre quando um pássaro pousa em um fio de alta tensão e não se machuca. 

Outra maneira de explorar o gerador, é, aproximar a esfera metálica menor à maior, causando a neutralização desta gerando a formação de um pequeno raio. Considerando que a rigidez dielétrica do ar, em condições normais, é algo em torno de 10.000V/cm, ao medir aproximadamente a distância da esfera menor à esfera maior para que o raio possa acontecer, os alunos poderão calcular aproximadamente o potencial da esfera. 

Além disso, quando uma lâmpada fluorescente é aproximada da esfera eletrizada, sem encostar, ela tende a acender. Essa é mais uma demonstração do potencial elétrico formado pela esfera. A diferença de potencial entre as duas pontas da lâmpada gera em seu interior uma pequena corrente capaz de fazer a lâmpada brilhar. 

São muitas as possibilidades de utilização em sala de aula do Gerador de Van de Graaff, algumas dessas aplicações citadas e outra mais, estão contempladas no nosso manual que vem com o próprio kit do produto. São atividades que trarão encantamento, e aprendizagem para um dos conteúdos mais densos da Física. Vale a pena conferir! 

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