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Bobina de Tesla funciona no vácuo?

Bom dia Doutor Fernando.

Gostaria de saber se a bobina de Tesla funcionária no vácuo, considerando que o mesmo é um isolante. Agradeço desde já.

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/

Inicialmente devemos esclarecer o que se entende por “vácuo”: qualquer região que apresente pressão inferior à pressão atmosférica se constitui  em “vácuo” ou vácuo parcial. Por exemplo, as bombas de vácuo que usamos em demonstrações em sala de aula são capazes de reduzir a pressão a cerca de um centésimo da pressão atmosférica. Aqui uma classificação dos diversos graus de vácuo: Medindo o vácuo.

A questão proposta pode ser generalizada para outros dispositivos que produzem alta tensão, além da bobina de Tesla,  e a resposta remonta à história da pesquisa sobre descargas elétricas em tubos de vácuo nas últimas décadas do século XIX.

Os pesquisadores (físicos, químicos, engenheiros) descobriram, para sua surpresa, que baixando a pressão do gás através do qual produziam descargas elétricas, elas aconteciam mais facilmente, isto é, com diferenças de potencial elétrico entre os eletrodos menores que na pressão normal de 1 atm. Em especial físico Friederich Paschen, estudou a tensão de ruptura de vários gases entre placas de metal paralelas, a diferentes pressões e com diferentes distâncias entre as placas, chegando, os seguintes resultados em 1889 (Wikipedia):

– Com uma distância constante entre as placas a tensão necessária para produzir a descarga diminuiu à medida que a pressão é reduzida atingindo um valor mínimo e depois crescendo.

– Se a pressão é mantida constante a tensão necessária para produzir a descarga diminui à medida que a distância entre as placas diminui, atingindo um valor mínimo e depois crescendo.

O valor mínimo de tensão, independentemente da pressão (referido nas duas proposições acima),  para produzir uma descarga no ar é 327 V. Outros gases apresentam diferentes valores de tensão mínima, por exemplo argônio 137 V, gás carbônico 420 V. Vide mais aqui.

A Lei de Paschen relaciona quantitativamente a tensão de ruptura com a pressão e a distância entre os eletrodos em um particular tipo de gás.  Desta lei se pode demonstrar que no caso do ar (e de outros gases) somente em pressões muito baixas é que acontece um crescimento da tensão de ruptura. Exemplifico com uma descarga com 1 mm de comprimento:

Ela acontece no ar a 1 atm com uma tensão de cerca de 3000 V. Em vácuo de 0,1 atm a tensão cai para cerca de 900 V. Em vácuo de 0,01 atm a tensão é menor ainda,  cerca de 330 V. É somente em pressões inferiores a centésimo de atmosfera que a descarga necessitará de tensões crescentes para acontecer.

O fato de que em baixas pressões os gases conduzem melhor do que na pressão atmosférica ´tem importantes aplicações práticas, por exemplo, na confecção de lâmpadas fluorescentes. No interior da lâmpada, contendo vapor de mercúrio, a condução se dá com tensões iniciais de cerca de 500 V graças a que a pressão é aproximadamente 0,003 atm.

Geradores de alta tensão, tipo bobinas de Tesla, são utilizados nos lindos “globos de plasma” (globo evacuado, contendo um gás nobre em baixa pressão). As descargas acontecem muito mais facilmente do que se fosse utilizado gás na pressão atmosférica.

Desta forma fica evidente que associar o vácuo com isolamento elétrico somente é correto se consideramos que a pressão do “vácuo parcial” é de fato muito baixa. Ou seja, descargas elétricas por ionização do meio somente deixam de acontecer em casos extremos de evacuação. Entretanto mesmo nestes casos ainda há a possibilidade de um condutor sob alta tensão descarregar por um mecanismo diferente, qual seja o da “emissão fria” de elétrons. Vide Descarga elétrica através do ar NÃO é consequente do arrancamento de elétrons dos eletrodos!

Finalmente, ainda que imaginemos uma bobina de Tesla em vácuo que impeça as descargas, a emissão de ondas de rádio por ela (que sempre acontece apesar de passar desapercebida) não será impedida.

“Docendo discimus.” (Sêneca)


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