A Garrafa de Leyden

A "garrafa de Leyden" e um tipo de capacitor de alta tensão de uso comum em eletrostática. Na forma usual atualmente (últimos 200 anos...), Consiste em um pote cilíndrico de material altamente isolante, com uma folha metálica fixada por for fora e outra fixada por dentro. Um terminal atravessando a tampa do pote faz contato com a folha interior, e um anel metálico faz contato com a folha exterior, constituindo assim os dois terminais do capacitor.

O dispositivo foi inventado independentemente, em 1745, por Von Musschenbroek, em Leiden (ou Leyden), Holanda, a partir de uma experiência de seu amigo Cunaeus, e por Von Kleist na Pomerânia. Na forma original era apenas uma garrafa com água dentro e um fio servindo de terminal interior, com a mão do experimentador servindo de terminal exterior. Logo foi aperfeiçoada até a forma que ainda é usada. Foi a primeira forma prática encontrada para o acúmulo de significantes quantidades de carga elétrica. Antes eram usados grandes condutores metálicos, que armazenavam carga em suas "capacitâncias de corpo", mas sempre em pequena quantidade. Com a garrafa de Leyden, quantidades suficientes para produzir fortes faíscas elétricas podiam ser armazenadas, o que logo levou a melhor entendimento das propriedades da eletricidade. Serviam também para impressionantes demonstrações, como dar choques elétricos em cadeias de centenas de voluntários (?) de mãos dadas. A forma, em que o terminal de alta tensão é bem isolado no interior, ainda é conveniente para um capacitor de alta tensão.

Para construir uma garrafa de Leyden, pode-se usar um pote, garrafa ou copo alto de plástico ou vidro, com tampa. Plásticos isolam bem melhor que vidro. O material deve ter expessura adequada, e não deve ter rachaduras ou juntas, que podem romper com a tensão. Vidro, se for usado, deve ser envernizado ou encerado, para melhorar a isolação superficial. Particularmente adequados para este uso são caixas de comprimidos efervescentes (vitamina C). A tampa com sílica gel contribúi para deixar o interior seco, e assim altamente isolante. As folhas que formam as placas do capacitor podem ser de folha de alumínio, não muito fina para maior solidez de construção e bem alisada. A placa externa deve ser colada ao pote, ou ao menos fixada com fita adesiva. A placa interna pode ser deixada solta, já que tenderá a assumir a forma correta. O terminal central deve ser de arame grosso (alumínio ou latão, mais fáceis de dobrar e com boa aparência), terminado em um gancho e uma bola. O ideal é uma bola metálica, mas uma bola de outro material qualquer também serve, já que o propósito principal é o de evitar escape de eletricidade por "efeito corona" na ponta do terminal. Fazer um anel na ponta do fio do terminal também é efetivo. O terminal central deve tocar a placa interna. Isto pode ser facilmente conseguido enrolando um arame mais fino no fio do terminal, dentro da caixa, e dobrando-o de forma que ele faça pressão contra a placa externa em dois pontos opostos. O terminal externo pode ser feito com um fio de latão enrolado como na figura. Faz-se um anel em uma das pontas, e passa-se o fio em volta da garrafa e por dentro do anel (como em um cinto). Ao dobrar a ponta para fora o anel fica firmemente preso à garrafa. Um outro anel dá o acabamento. Construções mais elaboradas são possíveis, como neste par de garrafas de Leyden feito por um antigo construtor de instrumentos francês, montadas assim, ou esta, de uma máquina eletrostática antiga.

Com caixas de comprimidos se consegue capacitâncias de uns 50 pF, mais ou menos dependendo da altura das placas metálicas, com isolação suficiente para uns 60 kV. Com potes maiores, capacitâncias de centenas de pF podem ser conseguidas, e isolações suficientes para poucas centenas de kV. Para capacitâncias maiores, várias garrafas podem ser ligadas em paralelo, formando uma bateria de capacitores. Para maiores tensões, várias garrafas podem ser ligadas em série. Deve-se notar que capacitores de valor elevado em alta tensão são perigosos, devido à alta energia dos choques que podem causar. Para o uso com máquinas eletrostáticas, 50 a 100 pF é mais que o suficiente para a produção de brilhantes faíscas, sem maiores riscos. Note que a forma usual de conectar garrafas de Leyden a máquinas eletrostáticas bipolares é usar duas garrafas, uma com o terminal interno ligado a cada terminal da máquina, com os terminais externos interligados por um fio, como visto aqui e aqui. A capacitância efetiva é a metade da capacitância de uma garrafa, mas a isolação é dobrada.

Mais informações: Máquinas Eletrostáticas
Criado: 3 de março de 2000
Última alteração: 3 de março de 2000
Antônio Carlos M. de Queiroz