Máquinas de Holtz
Máquinas de Holtz
Estas máquinas foram desenvolvidas por Wilhelm Holtz, pesquisador alemão (1836-1913) que desenvolveu vários tipos de máquinas eletrostáticas entre 1865 e 1883. A máquina de Holtz "de primeira espécie", como é mencionada nos textos da época, foi primeiramente descrita em 1865, e imediatamente se tornou um sucesso, tendo sido a primeira máquina de influência com potência claramente superior à das máquinas de atrito então em uso. Sua descrição aparece em praticamente todos os livros sobre eletrostática escritos no final do século XIX e início do XX.
A versão mostrada na figura é uma versão mais elaborada da máquina original, comum entre construtores de instrumentos do século XIX, mas mantém a forma básica. Consiste de uma estrutura de madeira e barras de vidro suportando dois discos de vidro envernizado P e Q. O disco de trás, Q, é um pouco maior, fica fixo apoiado em suportes sobre quatro barras de vidro, podendo ser posicionado em qualquer ângulo. Possúi duas janelas diametralmente opostas e um furo redondo no centro, por onde passa o eixo central. Adjacentes à janelas, na face traseira do disco Q, são coladas duas folhas de papel envernizado A e B, os indutores, cada uma possuindo uma lingueta de papel, a e b, que se projeta através da janela correspondente, terminando próxima à face traseira do disco rotativo P. O disco P é um simples disco de vidro envernizado, e está montado em uma peça central de madeira que gira sobre um eixo, a uma pequena distância na frente do disco fixo Q .O disco P pode ser girado rapidamente através de uma manivela e um sistema de polias para multiplicação de velocidade, como mostrado na figura. Em frente ao disco rotativo P são posicionados dois coletores de carga c e d, que são barras metálicas com pentes de pontas voltadas para o disco móvel, terminando próximas a este. Os coletores e o eixo central são suportados por barra de material isolante (ebonite) Os coletores são ligados aos terminais da máquina, C e D. No caso da figura apenas um é ajustável. Um par de capacitores tipo garrafa de Leyden, K e L, interligados em série pelas placas exteriores completa a máquina.
A máquina necessita de uma carga inicial para partir. Esta carga
pode ser aplicada diretamente a um dos indutores, ou uma placa
eletrizada pode ser aproximada de uma delas por trás. Uma placa
indutora carregada forma com o disco rotativo e o coletor de carga em
frente um "eletróforo contínuo", atraíndo para a
superfície do disco rotativo cargas com polaridade oposta à da
placa indutora, e gerando no terminal correspondente uma tensão de
polaridade igual à da placa. Seja, por exemplo, positiva a
polaridade de primeira placa. As cargas negativas transportadas pelo
disco rotativo chegam até a outra placa indutora, onde, ao passar em
frente à lingueta conectada a esta, atraem cargas positivas para a
superfície posterior do disco rotativo, deixando a outra placa
indutora com tensão negativa. O processo se repete então com
polaridades invertidas, e cargas positivas são então transportadas
de volta ao lado da primeira placa, onde vão reforçar sua carga. A
tensão entre as placas indutoras cresce exponencialmente, sendo
limitada apenas por faiscamento. É necessária contínua passagem de
corrente entre os terminais para que o processo se sustente. A
máquina é usualmente inicializada com os terminais em
curto-circuito,
com a corrente passando por faíscas quando
estes são afastados. As garrafas de Leyden também servem para
manter a corrente enquanto se carregam, mesmo com os terminais
abertos e sem faíscas entre eles.
Esta máquina pode ser bastante instável, especialmente se se tenta obter faíscas muito longas. Se a corrente entre os terminais atinge um valor muito baixo, a máquina perde excitação e pode parar de funcionar. Mais usualmente, ela se exita novamente, logo a seguir, mas com polaridade invertida, devido à ação de cargas que se depositam na face frontal do disco fixo, em frente às placas indutoras, com polaridades opostas às destas. Estas cargas são um problema em todas as máquinas eletrostáticas com indutores fixos, usualmente causando inversões mais ou menos periódicas de polaridade. Nas máquinas de Holtz, vários recursos foram tentados para minimizar o problema: Na máquina original as bordas das placas indutoras eram dobradas através das janelas, cobrindo uma pequena extensão da superfície oposta à das placas na face frontal do disco fixo, visando criar um dreno para as cargas parasitas. Outra solução é construir duas máquinas básicas uma contra a outra, com os discos fixos no centro. Isto aparentemente reforça o campo elétrico das placas indutoras, ou extende mais efetivamente sua área efetiva para as áreas adjacentes às placas indutoras, o que reduz o efeito das cargas parasitas.
O algo complicado funcionamento desta máquina já era corretamente explicado nos textos originais de Holtz, o que mostra que a teoria dos fenômenos elétricos já estava praticamente solidificada na época.
O neutralizador: Uma importante melhoria na máquina foi a introdução do neutralizador, descrito por Poggendorff, em nome de Holtz, em 1869. A figura do artigo original. As placas indutoras foram extendidas de forma a cobrir um ângulo maior, de 60 a 90 graus, e uma barra condutora provida de pentes de pontas foi posicionada em frente ao disco rotativo, alinhada aproximadamente com o fim das placas indutoras. O neutralizador atuava como um conjunto adicional de terminais, em curto-circuito, que completava a inversão de polaridade da face frontal do disco fixo. Seu efeito evitava a dependência da tensão entre os terminais do funcionamento da máquina, o que ajudava a dificultar as reversões de polaridade, e removia o requerimento de passagem de corrente contínua entre os terminais.
Eu
construí uma máquina de Holtz (figura) em 1997, que funciona bem,
apesar de inverter a polaridade periodicamente em qualquer condição
de operação. Uma descrição da máquina, em inglês, está aqui.
A máquina usa discos de acrílico montados em uma estrutura de
madeira, acrílico e tubos de PVC. Com o disco rotativo de 27.5 cm.
produz faíscas com até 8 cm, e corrente de até 37 uA.
Holtz desenvolveu uma série de variações de sua máquina, sendo a mais notável a "máquina de Holtz de segunda espécie" (1867), em que o disco fixo com indutores foi substituído por outro outro disco rotativo, girando em sentido oposto, com os dois conjuntos de terminais ligados em paralelo. A máquina original tinha um quinto pente de pontas, depois abandonado. Assim, as cargas na superfície de um dos discos atuam como indutores para o outro disco, e vice-versa. A corrente de saída é dobrada em relação à da máquina de primeira espécie. A extensão da idéia do neutralizador a esta máquina levou ao desenvolvimento de uma máquina que é praticamente uma máquina de Wimshurst sem setores, discutida no mesmo artigo de 1869 que apresenta o neutralizador.
Máquinas de Holtz
múltiplas
Mais informações: Máquinas
Eletrostáticas
Criado: 31 de janeiro de 2000
Última
alteração: 7 de novembro de 2001
Antônio
Carlos M. de Queiroz
