Geração de Eletricidade por Eletricidade Estática
A eletricidade estática é um termo informal para fenômenos causados pelo acúmulo de carga elétrica na superfície de corpos e objetos diversos e sua troca ao entrarem em contato uns com os outros. A diferença de potencial elétrico (ou seja, tensão) pode ser gerada através de dois mecanismos: indução eletrostática ou o efeito triboelétrico. Esses geradores produziam alta tensão e baixa corrente. Devido à sua ineficiência e à dificuldade de isolar máquinas que produziam tensões muito altas, os geradores eletrostáticos tinham baixas classificações de potência e nunca foram usados para a geração de quantidades comercialmente significativas de energia elétrica. Suas únicas aplicações práticas foram para alimentar tubos de raios-X iniciais e, posteriormente, em alguns aceleradores de partículas atômicas.
Eletricidade Estática
A maioria da eletricidade estática que encontramos diariamente é causada pelo efeito triboelétrico, um tipo de eletrificação por contato onde certos materiais se tornam eletricamente carregados após entrarem em contato e depois serem separados. A fricção entre os dois materiais aumenta o efeito devido ao contato e separação frequentes. Em dias secos, a eletricidade estática é muito mais perceptível, pois o ar contém menos moléculas de água para permitir a fuga. É importante notar que uma tensão muito alta é necessária para gerar cada 1 mm de um arco elétrico. O ar é um mau condutor de eletricidade e possui alta resistência dielétrica, quase 3000V/mm. Em condições severas, foram registrados até 15.000 Volts.
Gerador Eletrostático
Um gerador eletrostático é um gerador elétrico que produz eletricidade estática, ou eletricidade em alta tensão e corrente contínua baixa. Esses geradores produziam alta tensão e baixa corrente. Existem diferentes tipos de geradores eletrostáticos (ESGs); eles podem ser geradores de fricção ou indução. Os ESGs criam alta tensão, mas têm corrente muito baixa. As tensões podem facilmente chegar a centenas de milhares de volts, mas a corrente será de apenas algumas centenas de microamperes. Materiais dielétricos podem aumentar a tensão de ruptura e produzir mais energia elétrica.
Máquina de Wimshurst
A máquina de Wimshurst utiliza o efeito de indução eletrostática para criar energia elétrica. Ela tem duas placas dielétricas com várias lâminas metálicas. Um pincel de dois lados é conectado a cada placa, e ambas as placas estão conectadas ao seu próprio condutor. Quando as placas giram em direções opostas, a máquina de Wimshurst começa a coletar carga positiva de um lado do condutor e carga negativa do outro lado, continuando até que os condutores estejam suficientemente carregados, e a tensão romperá entre os condutores.
Gerador Van de Graaff
O gerador Van de Graaff é um dispositivo eletrostático capaz de produzir tensões muito altas mantendo uma corrente menor e constante. Foi construído em 1929 por Robert J. Van de Graaff. Ele usa uma correia móvel para acumular carga elétrica em uma esfera metálica oca no topo de uma coluna isolada. Um simples gerador Van de Graaff consiste em uma correia de borracha (ou material dielétrico flexível similar) movendo-se sobre dois rolos de materiais diferentes, um dos quais é cercado por uma esfera metálica oca. Um eletrodo metálico em forma de pente com pontas afiadas é posicionado perto de cada rolo. O pente superior é conectado à esfera e o inferior à terra. Quando um motor é usado para acionar a correia, o efeito triboelétrico causa a transferência de elétrons dos materiais distintos da correia e dos dois rolos.
Gerador de Alta Tensão com Disco Rotativo
O gerador de alta tensão com disco rotativo usa indução em vez do método de fricção. A carga elétrica será transportada do potencial de terra para o terminal de alta tensão por transportadores de carga, que giram no disco isolante. Os transportadores de carga fazem contato elétrico através dos eletrodos dos indutores. O indutor não se move e está localizado em um anel externo.
Outros Métodos de Produção de Tensão
A tensão, ou potencial elétrico, pode ser produzida pelos seguintes métodos: eletricidade estática; eletroquímica; indução magnética; efeito piezoelétrico; termoeletricidade; efeito fotoelétrico; e emissão termiônica. Cada um desses métodos tem suas próprias características e aplicações específicas.
