Garrafa de Leiden (Furukawa)

Descrição e Conteúdos Intervenientes

Uma garrafa de Leyden é um tipo de capacitor, que tem capacidade de acumular cargas eletrostáticas. Ele é feito com um pote de plástico contendo folhas amassadas de papel alumínio. Na tampa, está colada uma esfera de isopor, descoberta com papel alumínio, que está conectada a um fio de cobre que desce até o interior do pote, em contato elétrico com as folhas amassadas de papel alumínio. Assim, a superfície condutora da esfera está em contato com a parte interna do pote, e, portanto, corresponde ao mesmo potencial quando eletrizado. A parte externa do pote também está descoberta por papel alumínio e não terá potencial da terra, em contato com a mão quando tivermos segurança.

O valor da capacitância dessa garrafa de Leyden é da ordem de 0,25 nF.

Ela pode ser fornecida por um Eletróforo de Volta, que ao se aproximar da esfera, gera faíscas através do ar. Estas falhas ocorrem pela ionização do ar. Quando aproximamos o eletróforo da esfera da garrafa, haverá indução de cargas na esfera. Por causa do campo elétrico intenso entre o eletróforo e a esfera, os elétrons serão “arrancados” dos átomos e moléculas que compõem o ar formando íons e elétrons livres. Nesse processo, os elétrons serão atraídos para o eletróforo e os íons positivos serão atraídos para a esfera da garrafa de Leyden. O transporte destas cargas pode provocar colisões com outras moléculas e causar outras ionizações, aumentando ainda mais o processo como um efeito “cascata”. É o mesmo efeito que ocorre numa descarga elétrica entre uma nuvem carregada e a Terra. A ionização transforma o ar que é um isolamento elétrico, num condutor (plasma). Repetindo este procedimento várias vezes, podemos carregar a garrafa cada vez mais.

A faísca entre a bandeja e a garrafa fica mais forte quando seguramos na parte externa, na folha de alumínio que recobre a garrafa. Isto ocorre pois ao segurarmos na folha de alumínio que recuperamos a garrafa, a nossa mão atua como terra, que atrai ou induz quantidades maiores de cargas positivas (pois a esfera está negativa). Isto aumenta, na mesma proporção, a quantidade de cargas negativas causadas na esfera, potencializando ainda mais a faísca após a ionização. Portanto, para carregarmos a garrafa mais rapidamente é necessário o aterramento, segurando a parte externa da garrafa.
Como vimos na etapa anterior, a descarga ocorre após um processo de ionização na qual o ar que se transforma de um isolante (gás) para um condutor elétrico (plasma).

Neste processo podemos verificar três características diferentes: O raio, que é a descarga elétrica através do ar. O relâmpago, que é a luminosidade ocasionada pela excitação e desexcitação de átomos (efeito quântico). A combustão pode ocorrer pelas colisões entre as cargas e os átomos em quais elétrons de níveis mais baixos absorvem energia para saltar para níveis de maior energia. Quando voltamos para os estados fundamentais, devolvemos a energia absorvida na forma de fótons (luminosidade ou relâmpago).

O trovão é o barulho provocado pela expansão repentina do ar. Esta expansão ocorre devido ao aquecimento causado pelo plasma (gás ionizado em altas temperaturas) no momento da falha. O aquecimento provoca calor térmico das moléculas que produz uma expansão brusca do ar ocasionando uma onda de choque sonora.
Numa descarga atmosférica entre nuvens ou entre nuvem e a terra, ocorrem os mesmos efeitos, só que em escala muito maior.

Material Utilizado

Pote de plástico
Papel alumínio
Fios de cobre flexível
Fita dupla face
Cola quente
Fita

Equipamento construído e doado por Claudio Hiroyuki Furukawa para o Laboratório de Demonstrações da UFPA.

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