A Máquina de Voss
Máquinas de Voss
A máquina eletrostática de Voss é uma máquina de influência, inventada em 1880 pelo construtor alemão de instrumentos Voss. É uma variação da máquina de Holtz (1865), com os indutores carregados a partir da frente do disco rotativo, e incluíndo um interessante sistema de auto-excitação. Sua construção é relativamente simples. Como esta máquina usa idéias de Holtz e de Toepler, que apresentou uma máquina similar no mesmo ano, esta máquina também é conhecida na literatura como máquina de Toepler-Holtz.
Na versão mostrada na figura, similar à máquina original de Voss (outra vista), consiste de dois discos de vidro envernizado G e G'. O disco de trás, G', é fixo, suportado pelos suportes isolantes de ebonite e, e' e e", e tem um grande furo central por onde passa o eixo da máquina. Colados na face posterior do disco fixo, há dois indutores a e a' de folha metálica, formados por tiras curvas que terminam em discos, cobertas por folhas de papel envernizado. Os indutores se extendem por um ângulo de pouco mais de 90 graus sobre o disco fixo. O disco G é móvel, girando em frente ao disco fixo, montado em uma peça central que gira sobre o eixo. O eixo é suportado pelo suporte de madeira M, fixo à base de madeira S. Ligadas aos indutores, há duas abas metálicas, fixas nas bordas do disco fixo. Destas abas saem escovas ajustáveis A e A' que fazem contato, através de finos fios metálicos, com os botões g, colados sobre a face anterior do disco rotativo. Montado sobre a extremidade do eixo, há uma barra neutralizadora diagonal, metálica, tendo nas extremidades séries de pontas e escovas ajustáveis que também tocam os botões g. As cargas são colhidas pelos pentes I e I', montados na peça isolante de ebonite K, fixa ao eixo. Ligados aos coletores de carga estão os terminais do faiscador, E e E', que podem ter a distância ajustada deslizando-se as varetas ligadas aos cabos isolantes E e E'. Também ligadas aos terminais há um par de capacitores tipo garrafa de Leyden B e B', com as placas externas interconectadas por uma ligação por baixo da base. A máquina é movida por uma manivela M', ligada à grande polia P, que aciona uma polia menor ligada à peça onde está montado o disco rotativo G. A manivela e a polia são montadas sobre a peça S', que pode ser deslizada, fixada em posição pelo parafuso T, para ajuste da tensão no cordel que interliga as polias.
Quando o disco G é girado no sentido mostrado, cargas existentes nos botões metálicos passam para os indutores, através das "escovas de apropriação" A e A' (as cargas iguais tendem a se repelir, e vão para os indutores, que são maiores que os botões). A seguir, os botões passam pela barra neutralizadora, onde recebem cargas opostas às dos indutores, por influência das placas indutoras. O processo se realimenta rapidamente com os indutores adquirindo cada vez mais carga, e ficando carregados com polaridades opostas.. Quando a tensão cresce o suficiente, a superfície do disco G passa também a conduzir cargas, com os contatos com a barra neutralizadora feitos por descargas elétricas (corona) pelas pontas montadas na barra, dos lados das escovas. Os coletores de carga também passam a receber cargas neste ponto, carregando as garrafas de Leyden. Quando a tensão de ruptura entre os terminais é atingida, ocorre uma potente faísca, resultante da descarga das garrafas. Os indutores não são afetados pela descarga, e o processo de carga dos capacitores continua, com faíscas sendo produzidas a curtos intervalos de tempo. Um problema destas máquinas é que existe uma tendência a acúmulo de cargas na superfície anterior do disco fixo, em frente aos indutores, com polaridades opostas às destes. Isto reduz o efeito de indução, podendo provocar um declínio na corrente gerada pela máquina após algum tempo, e a seguir uma reversão de polaridade, com a indução destas cargas parasitas se tornando momentaneamente mais forte que a das cargas nos indutores. O processo se repete periodicamente. A ocorrência ou não das reversões depende de muitos fatores, com a humidade ambiente sendo um dos mais importantes. Com ar seco, dificilmente ocorrem reversões, que são frequentes quando o ar está húmido. A estrutura apresenta também algumas fontes importantes de perda de carga, como as abas ligadas aos indutores, e a pequena distância de áreas carregadas nos discos para a base da máquina, se esta não for de material isolante. Uma máquina de Voss pode usualmente produzir faíscas de até 1/3 do diâmetro médio dos discos, o que não é muito, mas produz quantidades significativas de corrente (dezenas de microamperes em uma máquina pequena) devido ao eficiente uso da superfície do disco móvel. Versões para maior corrente eram usualmente construidas com discos múltiplos, com pares de discos montados opostos uns aos outros, com os discos fixos no interior, o que contribui para melhor isolação dos indutores e aumenta a corrente numa proporção maior que a do número de máquinas básicas ligadas em paralelo.