Botella de leyden.

ÍNDICE

1. Breve historia de la botella de Leyden
2. Planteamiento de la problemática
3. Desarrollo de la botella de Leyden
4. Actividades
5. Conclusiones
6. Referencias

BREVE HISTORIA DE LA BOTELLA DE LEYDEN

Para familiarizarnos con este dispositivo comenzaremos mencionando que fue realizado con un envase de vidrio que puede almacenar cargas eléctricas. A esta botella se le llama el primer tipo de condensador^[1]. La invención de dicho dispositivo data del 11 de octubre y fue elaborada por el físico holandés Pieter van Musschenbroek. Este personaje era trabajador de la universidad de Leiden, dicho experimento le permitiría comprobar si una botella llena de agua podía conservar cargas eléctricas. Consistía básicamente en un recipiente con tapón al cual se le atraviesa una varilla metálica sumergida en el líquido. La varilla, en su parte superior, tiene una forma de gancho que se acerca a un conductor cargado eléctricamente. Anecdóticamente, durante el experimento se dice que un asistente separó el conductor y recibió una fuerte descarga al acercar su mano a la varilla.

Una año más tarde el británico William Watson^[2], descubrió que aumentaba la descarga si la envolvía con una capa de estaño. Luego de seguir experimentando, Jean Antoine Nollet tuvo la idea de reemplazar el líquido por hojas de estaño, de modo que esta última quedó como la configuración que actualmente se utiliza para experimentos.

Watson logró transmitir una descarga espectacular produciendo una chispa eléctrica desde la botella de Leyden a un cable que atravesaba el río Támesis en 1747. Las botellas de Leyden eran usadas de manera pública para mostrar a las personas el poder de la electricidad.

La capacitancia es una propiedad asociada a este dispositivo, pues, al ser una propiedad de los cuerpos de almacenar energía está presente en nuestro condensador. Es importante resaltar que esta está asociada con la carga y la diferencia de potencial, siendo directamente proporcional a la primera e inversamente proporcionar a la segunda.

Este desarrollo científico tiene su legado hasta nuestros días pues es muy aplicable en la carga y descarga de condensadores muy utilizada en circuitos de conmutación, automatismos y memorias dinámicas.

PLANTEAMIENTO DE LA PROBLEMÁTICA

El principal problema a considerar era la reproducción de un dispositivo que nos permitiera dar vida a la botella de Leyden. Para ello planteamos que debíamos utilizar materiales que nos permitieran desarrollar nuestro condensador.

Estos materiales debían ser poco costosos, fáciles de adquirir, y sencillos de manejar. La solución a dicha problemática la encontramos mediante la indagación a cerca de la lógica para construir el capacitor. Por ello el equipo “Los Jaramillos” se dio a la tarea de buscar información en la red.

De este modo pudimos comprender la arquitectura de una botella básica y fuimos armando elemento por elemento hasta lograr simular el dispositivo. Se observaron distintas imágenes.

Mediante ello pudimos simular el corcho de la botella un cuna tablilla de madera y la varilla con una cadena de clips. Sucedió lo mismo con los demás elementos componentes del artefacto hasta lograr nuestro tan ansiado objetivo que era almacenar carga en la botella. Nuestro condensador pudo almacenar energía lo que comprobamos en el laboratorio de Electricidad y Magnetismo^[3].

DESARROLLO DE LA BOTELLA DE LEYDEN

En esta parte se enunciará el procedimiento empleado para construir nuestra botella de Leyden.

Los materiales empleados son los siguientes:

• Botella de plástico
• Aluminio
• Trozo de madera de 15 mm de espesor
• Alambre
• Cable
• Cinta aislante
• Clips
• Pegamento
• Regla
• Tela
• Puente de impedancias

1. En primer lugar, debíamos cortar el alambre a una longitud de 12 cm. Se dobló un extremo en forma de gancho.
2. Se cortó una pequeña tabla de madera de 15 mm de espesor de modo que esta pudiera tapar por completo la boca de la botella.
3. Esta tablilla de madera tenía que llevar un orificio en el centro para poder insertar el alambre en forma de gancho previamente preparado.
4. En dicho alambre, en el extremo en forma de gancho,  se colocó una cadena de clips para simular la varilla del dispositivo original.
5. Se pegaron dos películas de aluminio, una en la parte inferior de la botella, por dentro de la misma, y otra a la misma altura pero en la parte exterior de la botella.
6. Posteriormente se colocó la tablilla de madera sobre la boca de la botella de manera que el gancho quedase dentro del recipiente y por consiguiente, la cadena de clips quedara suspendida dentro.
7. La punta que quedó normal a la tablilla se utilizó para poner una bola de aluminio de modo que nos permitiera cargar eléctricamente el dispositivo para medir la capacitancia.
8. Se colocó un cable pegado en la parte inferior de la botella y se ajustó con cinta aislante, un extremo tocaba el recubrimiento de aluminio y el otro iba conectado a una tierra virtual.
9. Para cagarla se requirió frotar una regla con tela y acercarla a la esfera.
10. Al acudir al laboratorio de Electricidad y Magnetismo, solicitamos un puente de impedancias para realizar las mediciones de la capacitancia de nuestro condensador, las medidas realizadas en tres ocasiones indicaban 11.6 [pF], 11.7 [pF] y 11.7 [pF]^[4].
11. Se hizo tocar a la esfera y el recubrimiento de aluminio con un cable para descargar el dispositivo; al hacer contacto, se apreció el sonido de una chispa, dándonos referencia de una descarga de nuestro capacitor.

ACIVIDADES

1. La capacitancia puede calcularse como en un cilindro, podemos untolizar la siguiente expresión para calcularla:

       [pic 1]

Tomando en cuenta que b=5.5cm, a=5cm, x=16cm sustituimos valores y obtenemos que C=9.3347745x10-11

1. Las medidas que mostraba el puente de impedancias eran de 11.7 pF, 11.7pF y 11.6 pF.
2. El voltaje máximo está relacionado con una propiedad geométrica del dispositivo y su campo eléctrico de ruptura. para poder determinar dicha diferencia de potencial máxima habría que conectar una diferencia de potencial de una FEM a la botella de Leyden e ir aumentando el voltaje hasta que podamos notar una chisma en el dieléctrico que en este caso es aire, ese voltaje que indique la fuente será el máximo o limite que soporta nuestra botella.
3. La carga máxima se infiere al tomar en cuenta la relación de proporción de la capacitancia con la carga y el voltaje, C=Q/V, al conocer la capacitancia y el voltaje limite, podremos determinar la carga que como máximo almacenaría nuestro condensador.
4. La primera es cambiando el material con que se recubrió la botella, la segunda cambiando el dieléctrico, y la tercera un mayor suministro de carga.

CONCLUSIONES:

La importancia de los capacitores en el campo de la Electricidad es muy grande, pues al tener asociada la propiedad de almacenar energía, podemos portarla de modo que la sustituyamos por las FEM portátiles como las baterías ya que dichos condensadores nos permiten almacenar cantidades enormes de energía en joules que nos permitan tener por más tiempo nuestros dispositivos electrónicos.

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