Garrafa de Leyden A garrafa de Leyden foi a invenção precursora

Garrafa de Leyden
A garrafa de Leyden foi a invenção precursora de uma das mais importantes
peças utilizadas nos circuitos atuais: o capacitor. A sua função é armazenar cargas.
Como a garrafa de Leyden, um capacitor nada mais é do que um arranjo de dois
materiais condutores, de tal forma que ambos tenham a mesma quantidade de carga,
porém com sinais opostos.Entretanto, os metais devem permanecer separados por um
material não condutor afim de que não haja transferência de elétrons entre eles. A
capacidade de armazenar cargas, chamada de capacitância, depende crucialmente das
propriedades deste material isolante.
Dielétricos
.
Sabemos que cargas elétricas criam campos elétricos.O que vamos analisar
agora é o efeito de tal campo sobre um material não condutor. Para tal necessitamos
fazer uma análise microscópica da matéria. Qualquer análise profunda passa
necessariamente pela mecânica quântica, entretanto adotaremos modelos mais simples
capazes de explicar (ao menos qualitativamente) os fenômenos que desejamos.
Todo material é constituído por átomos e/ou moléculas. Essas moléculas podem
ser polares ou apolares. No caso da água, que é polar, os dipolos das moléculas
normalmente ficam orientados aleatoriamente. Mas se a água estiver numa região que
contenha um campo elétrico (dentro de um capacitor, por exemplo) as moléculas giram,
“tentando” se alinhar com o campo. Esse alinhamento não é perfeito, devido à agitação
térmica.Dizemos que a água fica polarizada e por isso é incluída entre os materiais
dielétricos (duas eletricidades).
A polarização da água acumulará cargas positivas próximas da placa negativa e cargas negativas
próximas da placa positiva.
Cargas superficiais provocam um campo elétrico induzido oposto ao campo criado pelas cargas
do capacitor. Que acaba por diminuir o campo elétrico original.
O efeito da polarização das moléculas de água é o de diminuir a quantidade de
cargas positivas na região da placa positiva e a quantidade de cargas negativas na
região da placa negativa. Conseqüentemente o campo elétrico do capacitor com água
será menor que o campo elétrico do capacitor sem água. O campo elétrico dentro do
capacitor é reduzido por um fator K, chamado constante dielétrica, que varia de um
material para o outro.
Se quisermos obter o campo que tínhamos antes, temos que colocar
mais
cargas no capacitor. Como resultado final colocamos uma quantidade de carga K vezes
maior do que a que era possível sem o dielétrico, para um mesmo campo. Assim
podemos armazenar mais cargas no capacitor.Com isso a capacitância de um capacitor
preenchido com um material dielétrico é maior do um capacitor sem dielétrico.Você
pode fazer este teste tentando carregar a garrafa de leyden sem água e com água.
Qual você acha que carrega mais ?
Mas o que acontece se a capacidade de polarização das moléculas for atingida e
ainda assim continuarmos carregando o capacitor?
Se continuarmos carregando o capacitor a alta intensidade do campo elétrico irá
dissociar as moléculas do material, o que irá produzir faíscas e pode danificar o
capacitor além de descarregá-lo. Quando isto ocorre dizemos que o campo elétrico
rompeu a rigidez dielétrica do material e ele, que antes era isolante, agora é condutor.
Garrafa de Leyden
A garrafa de Leyden foi a invenção precursora de uma das mais importantes
peças utilizadas nos circuitos atuais: o capacitor. A sua função é armazenar cargas.
Como a garrafa de Leyden, um capacitor nada mais é do que um arranjo de dois
materiais condutores, de tal forma que ambos tenham a mesma quantidade de carga,
porém com sinais opostos.Entretanto, os metais devem permanecer separados por um
material não condutor afim de que não haja transferência de elétrons entre eles. A
capacidade de armazenar cargas depende crucialmente das propriedades deste
material isolante.
Uma molécula polar, como o próprio nome diz, possui pólos positivos e negativos. Como
no caso da molécula de água, representada na figura.O átomo de oxigênio “puxa para si”
os dois elétrons dos átomos de hidrogênio. Isso dá origem a um dipolo elétrico
permanente.
desenho molécula polar
Um dipolo elétrico é constituído de duas cargas opostas, mantidas ligadas entre si, mas
separadas por pequena distância (como, por exemplo, na molécula HF). Representamos
esse dipolo por uma seta, como na figura. Quando submetidas a um campo elétrico, as
partes positiva e negativa do dipolo sofrem forças em sentidos opostos. O efeito dessas
forças é girar o dipolo, até que se alinhe com o campo elétrico externo.
A molécula de água, na verdade, possui mais de dois pólos, mas você pode verificar que
ela também deve sofrer uma rotação, quando exposta a um campo elétrico.
Em muitas moléculas a nuvem eletrônica negativa está centrada no núcleo positivo e esta
não apresenta pólos. Neste caso a molécula recebe a denominação de apolar, isto é, sem
pólos. No entanto quando esta molécula é exposta a um campo elétrico, este produzirá
forças em sentidos opostos sobre os elétrons e sobre o núcleo, formando-se um dipolo. Este
não é permanente, mas existe apenas enquanto atua o campo elétrico.