Garrafa de peças de Leyden, operação, experimentos

O Garrafa de Leyden É uma garrafa ou jarro de vidro fina, que contém uma folha de metal bem ajustada em sua parte interna e do lado de fora de outro filme de metal igualmente apertado.

É o primeiro dispositivo elétrico da história que serviu para armazenar cargas elétricas simplesmente tocando -o, seja pela haste ou pela folha externa, com uma barra carregada anteriormente por atrito (efeito triboelétrico) ou por indução eletrostática. Você também pode usar uma fonte de tensão, como bateria ou bateria.

figura 1. A figura mostra uma garrafa típica de Leyden. A folha interna é uma das placas do condensador e a folha externa é a outra placa. Fonte: Wikimedia Commons. Rama [CC BY-SA 3.0 FR (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0/fr/ação.em)] [TOC]

História

A invenção da garrafa de Leyden. Independente e simultaneamente, o inventor alemão Ewald Georg von Kleist também conseguiu armazenar eletricidade estática com garrafas semelhantes, antecipando o holandês.

Musschenbroek teve a ajuda de um advogado chamado Cunaeus, a quem ele havia convidado para seu laboratório em Leyden. Esse caractere sagazo foi o primeiro a perceber que a carga acumulou segurando a garrafa com a mão enquanto carrega a barra ou a agulha com a máquina eletrostática.

Depois que o professor Musschenbroek surpreendeu a todos com sua invenção, a seguinte melhoria na garrafa de Leyden, pois o dispositivo foi finalmente batizado, foi realizado em 1747 graças a John Bevis, Doutor, pesquisador e se isso não bastasse o astrônomo que ele descobriu o caranguejo nebuloso.

Bevis observou que, se ele cobriu a garrafa de fora com um lençol fino, não havia necessidade de segurá -la com a mão.

Ele também percebeu que enchê -lo com água ou álcool não era necessário (a garrafa original de Musschenbroek estava cheia de líquido) e que apenas a parede interna da garrafa com fólio metálico era necessária em contato com a haste que atravessa a cortiça.

Experimentos subsequentes revelaram que mais carga acumulada à medida que o vidro era mais fino e a superfície de metal adjacente mais extensa.

Festas

As partes de uma garrafa de Leyden são mostradas na Figura 1. O vidro atua como um isolador ou dielétrico entre as placas, além de servir para dar -lhes o apoio necessário. As placas geralmente são fatias finas de lata, alumínio ou cobre.

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Para fabricar a tampa do jarro, um isolador também é usado, por exemplo, madeira seca, plástico ou vidro. A tampa é transferida por uma haste de metal da qual uma corrente que serve para fazer contato elétrico com a placa interna pendura.

Materiais necessários para fabricar a garrafa de Leyden

- Garrafa de vidro, sendo o mais fino possível

- Folha de metal (alumínio, estanho, cobre, chumbo, prata, ouro) para cobrir separadamente, a parte interna e externa da garrafa.

- Tampa de material isolante de Horadada.

- Haste metálica para atravessar a tampa horizada e que na extremidade interna possui uma corrente ou cabo que faz contato metálico com a folha interna da garrafa. A outra extremidade da haste geralmente termina em esfera, para evitar arcos elétricos por cargas acumuladas nas dicas.

Figura 2. Partes de uma garrafa de Leyden. Fonte: Wikimedia Commons.

Funcionamento

Para explicar o acúmulo de carga elétrica, é necessário começar estabelecendo a diferença entre isoladores e condutores.

Os metais são motoristas porque os elétrons (portadores de carga negativa elementares) podem se mover livremente dentro deles. O que não significa que o metal seja sempre carregado, na verdade permanece neutro quando a quantidade de elétrons é igual à dos prótons.

Por outro lado, os elétrons dentro dos isoladores não têm a mobilidade típica de metais. No entanto, ao esfregar entre diferentes materiais isolantes, pode acontecer que os elétrons da superfície de um deles vão para a superfície do outro.

Voltando à garrafa Leyden, simplificada, é uma folha de metal separada por um isolador de outra folha condutora. A Figura 3 mostra um esquema.

Figura 3: Esquema simplificado de garrafa de Leyden e como ele adquire a carga. Fonte: Fanny Zapata.

Suponha que a placa externa se conecte ao solo, segurando -a com a mão ou por meio de um cabo. Quando uma barra que foi carregada positivamente esfregando, a haste que se conecta com a placa interna é polarizada. Isso leva a uma separação de cargas no conjunto Haste interna-plaque.

Os elétrons da placa externa são atraídos para as cargas positivas da placa oposta e mais elétrons atingem a placa externa da conexão do solo.

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Quando essa conexão é interrompida, a placa é carregada negativamente e quando a haste é separada, a placa interna é carregada positivamente.

Capacitores ou capacitores

A garrafa de Leyden foi o primeiro capacitor conhecido. Um capacitor consiste em duas placas de metal separadas por um isolador e são bem conhecidas em eletricidade e eletrônica como elementos de circuito indispensáveis.

O condensador mais simples consiste em duas placas de área plana PARA separou uma distância d Muito menos do que o tamanho das placas.

A capacidade C Para armazenar a carga em um condensador de placa plana, é proporcional à área PARA de placas, e inversamente proporcional à separação d Entre as placas. A constante de proporcionalidade é a Subsídio elétrico ε e resumir na seguinte expressão:

C = ε⋅A / D

O condensador formado pela garrafa de Leyden pode ser abordado por duas placas cilíndricas concêntricas de rádios para interno e rádio b Para a placa e a altura externa eu. A diferença nos rádios é precisamente a espessura do vidro d Qual é a separação entre as placas.

A capacidade C De um condensador de placa cilíndrica, é dado por:

C = ε⋅2πl / ln (b / a)

Como deduzido dessa expressão, quanto maior o comprimento l, mais capacidade tem o dispositivo.

Capacidade da garrafa de Leyden

No caso de a espessura ou separação d Seja muito menor que o rádio, então a capacidade pode ser aproximada pela expressão das placas planas da seguinte forma:

C ≈ ε⋅2πa l / d = ε⋅p l / d

Na expressão anterior p É o perímetro da placa cilíndrica e eu a altura.

Independente do formulário, a carga máxima Q que pode acumular um condensador é proporcional à tensão de carga V, Sendo a capacidade C do condensador a proporcionalidade constante.

Q = c⋅ v

Garrafa de Dendden em casa

Com materiais fáceis para chegar em casa e alguma habilidade manual, você pode imitar o professor Musschenbroek e construir uma garrafa de Leyden. Para isso, é necessário:

- 1 garrafa de vidro ou plástico, como maionese.

- 1 tampa isolante de plástico Horadada através da qual um fio ou cabo rígido será passado.

- Tiras retangulares de papel alumínio da cozinha para cobrir, colar ou aderir dentro e fora da garrafa. É importante que a cobertura de alumínio não atinja a borda da garrafa, pode ser um pouco superior à metade.

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- Um cabo flexível sem isolamento que é unido para o interior da haste, para que faça contato com a folha de alumínio que cobre o interior da parede da garrafa.

- Esfera de metal (fica em cima da tampa para evitar o efeito das dicas).

- Cabo sem isolamento que será vinculado à folha de alumínio externo.

- Regras e tesouras.

- Fita adesiva.

Nota: Outra versão que evita o trabalho de colocar a folha de alumínio por dentro é encher a garrafa ou garrafa com uma solução de água e sal, que servirá como uma placa interna.

Procedimento

Cubra a garrafa por dentro e por fora com as tiras de papel alumínio, se necessário, elas são fixadas com a fita adesiva, tomando cuidado para não exceder metade da garrafa.

- Perfure cuidadosamente a tampa para passar pelo fio ou cabo de cobre sem capa isolante, para entrar em contato com a folha de alumínio interna com o exterior, onde a esfera condutora deve ser colocada logo acima da tampa.

- Mais cabo sem isolamento é usado para vincular a tampa externa e fazer uma espécie de alça. Todo o conjunto deve ser semelhante ao mostrado nas Figuras 1 e 4.

Figura 4. Garrafa de Leyden. Fonte: f. Zapata.

Experimentos

Depois que a garrafa de Leyden puder ser construída, você poderá experimentar:

Experiência 1

Se você tem uma televisão ou monitor antigo cuja tela é um catódico, você pode usá -lo para carregar a garrafa. Para fazer isso, segure a garrafa com uma mão na placa externa, enquanto se aproximava e reproduz o cabo que se conecta com a parte interna.

O cabo amarrado ao exterior deve se aproximar do cabo que vem da parte interna da garrafa. Observe que ocorre uma faísca, demonstrando que a garrafa foi carregada eletricamente.

Experiência 2

No caso de não ter uma tela adequada, você pode carregar a garrafa de Leyden, trazendo -a para um pano de lã que só levou o secador de roupas. Outra opção para a fonte de carregamento é pegar um pedaço de tubo de plástico (PVC) que já havia sido lixado para remover a gordura e o verniz. Esfregue o tubo com uma toalha de papel até adquirir carga suficiente.

Referências

1. Garrafa de Leyden. Recuperado de: é.Wikipedia.org
2. Instrumentos elétricos. Jarra de Leyden. Recuperado de: Brittanica.com
3. ENDESA EDUCA. Experiência: garrafa de Leyden. Recuperado de: youtube.com.
4. Jarra de Leyden. Recuperado de: em.Wikipedia.org.
5. A física do jarro de Leyden em "MacGyver". Recuperado de: com fio.com
6. Tiptens, p. Física: conceitos e aplicações. 516 - 523.