Índice

1.- ¿Qué es?

2.- Funcionamiento

3.- Tipos

4.- Usos

5.- Historia

5.- Historia

La botella de Leyden es un dispositivo eléctrico realizado con una botella de vidrio que permite almacenar cargas eléctricas. Históricamente la botella de Leyden fue el primer tipo de condensador eléctrico.

En 1746, Pieter van Musschenbroek, que trabajaba en la Universidad de Leiden, efectuó un experimento para comprobar si una botella llena de agua podía conservar cargas eléctricas. Esta botella consistía en un recipiente con un tapón al cual le atraviesa una varilla metálica que queda sumergida en el líquido. La varilla tiene una forma de gancho en la parte superior al cual se le acerca un conductor cargado eléctricamente. Durante la experiencia se separó el conductor y recibió una fuerte descarga al aproximar su mano a la varilla.

Un año más tarde el británico William Watson descubrió que aumentaba la descarga si la envolvía con una capa de estaño. Siguiendo los nuevos descubrimientos, Jean Antoine Nollet tuvo la idea de reemplazar el líquido por hojas de estaño, quedando desde entonces esta configuración de la botella que se utiliza actualmente para experimentos. Watson pudo transmitir una descarga eléctrica produciendo una chispa eléctrica desde una botella de Leyden a un cable metálico que atravesaba el río Támesis en 1747. Las botellas de Leyden eran utilizadas en demostraciones públicas sobre el poder de la electricidad. En ellas se producían descargas eléctricas capaces de matar pequeños ratones y pájaros, entre otros animales.

La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargas eléctricas comportándose como un condensador. La varilla metálica y las hojas de estaño o aluminio conforman la armadura interna. La armadura externa está constituida por la capa que cubre la botella. La misma botella actúa como un material dieléctrico entre las dos capas del condensador. El nombre de condensador proviene de las ideas del siglo XIX sobre la naturaleza de la carga eléctrica que asimilaban ésta a un fluido que podía almacenarse tras su condensación en un dispositivo adecuado como la botella de Leyden.

Se desarrolla con una botella de cristal, para la cual, se corta un trozo de lámina de aluminio de uso doméstico, con ella y un rollo de película fotográfica, se envuelve el frasco. Posteriormente se coloca en el interior otro trozo de lámina de aluminio. En este punto del experimento podría emplearse pegamento pero existe el peligro de que los gases liberados en el interior puedan hacer explotar el frasco.

Luego se realiza una perforación en la tapa de la botella, introduciéndose en esta un tornillo y se asegura en la parte interior de la botella con un trozo de alambre que puede obtenerse de un clip para papel. Este alambre debe hacer contacto con la lámina que se ha colocado en el interior con un trozo de cable (con varios hilos) y se sujeta en la parte de arriba del tornillo; a esta parte se le conoce como cepillo de colección.

Como generador se utiliza un tubo de PVC que se frota con un paño o un trozo de tela para generar electricidad estática.

El aparato se hace funcionar colocando la botella de Leyden en el borde de una mesa, luego se debe hacer que el cepillo de colección toque al tubo de PVC, mientras esto se realiza, se desliza frotando en el paño o tela. El alambre que sale de la botella de Leyden es una conexión a tierra. Se puede sujetar el frasco por la parte que tiene la lámina de aluminio y se recibirá una descarga si se toca la lámina y el tornillo.

4.-Usos

Los condensadores suelen usarse para:

-Baterías, por su cualidad de almacenar energía.

-Memorias, por la misma cualidad.

-Filtros.

-Fuentes de alimentación.

-Adaptación de impedancias, haciéndolas resonar a una frecuencia dada con otros componentes.

-De modular AM, junto con un diodo. 

-Osciladores de todos los tipos.

-El flash de las cámaras fotográficas.

-Tubos fluorescentes.

-Compensación del factor de potencia.

-Arranque de motores monofásicos de fase partida.

-Mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión.

3.- Tipos

-Condensadores fijos: Son aquellos condensadores en los cuales su capacidad no varía y está grabada en el encapsulado junto al voltaje que soportan. Se usan como filtros, para amortiguar el ruido eléctrico, y como temporizadores, aprovechando los tiempos de carga o de descarga. Hay dos tipos:

•Electrolíticos: Un condensador electrolítico es un tipo de condensador que usa un líquido iónico conductor como una de sus placas. Típicamente con más capacidad por unidad de volumen que otros tipos de condensadores, son valiosos en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia. Este es especialmente el caso en los filtros de alimentadores de corriente, donde se usan para almacenar la carga, y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada. También son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente continua pero no corriente alterna. Presentan una polaridad que hay que respetar, conectando el terminal marcado como negativo a menor potencial que el positivo. 

•No polarizados: Su dieléctrico no tiene polaridad,el sentido en que se conectan es indistinto. Su capacidad es menor.

-Un condensador variable: Un condensador variable es un condensador cuya capacidad puede ser modificada intencionalmente de forma mecánica o electrónica. Están formados por placas que se desplazan al girar un cursor para cambiar su capacidad. Son condensadores provistos de un mecanismo tal que, o bien tienen una capacidad ajustable entre diversos valores a elegir, o bien tienen una capacidad variable dentro de grandes límites. Los primeros se llaman trimmers y los segundos condensadores de sincronización, y son muy utilizados en receptores de radio, TV, etcétera, para igualar la impedancia en los sintonizadores de las antenas y fijar la frecuencia de resonancia para sintonizar la radio. Tipos:

•Secciones múltiples

•Mariposa

•Estator fraccionado

•Diferencial

2.- Funcionamiento

En el funcionamiento de un condensador se distinguen dos procesos:

-Proceso de carga: El proceso   físico de carga de un condensador se basa en la transferencia de electrones desde una placa hacia la otra. Este proceso no puede ocurrir de forma instantánea, debido al fenómeno de “inercia” presente en los circuitos eléctricos. Un condensador por tanto, no puede cambiar bruscamente de carga ni de tensión, sino que evoluciona mediante un periodo transitorio. Algo similar ocurre si viajamos a 100 km/h y queremos pasar a 120 Km/h; el cambio no puede ser instantáneo sino que hay un periodo transitorio de aceleración. El condensador comenzará a cargarse porque los electrones de la placa superior son “arrancados” de la misma (quedando esta placa con carga +) y se van “incrustando” en la placa inferior (quedando esta placa con carga -). El proceso se mantendrá hasta que la tensión del condensador se iguale a la voltaje de la batería, momento en el cual la intensidad se anula. Se dice que llegamos al régimen permanente, situación que se mantendrá indefinidamente La situación de régimen permanente es por tanto: 

• Vcondensador = E bateria

• I=0

• Q= C x Vcondensador   

El proceso alcanza su límite cuando las placas no pueden almacenar más carga y se define la magnitud capacidad, C = Q/V (Q es la carga almacenada; V es la tensión aplicada entre las placas) para dar cuenta justamente de la capacidad máxima de almacenamiento de carga del condensador. Esta propiedad del condensador y la resistencia del cable, influyen en el tiempo que necesita el condensador para cargarse (se requiere más tiempo cuanto mayor sea cada uno de estos factores). Una vez alcanzado el límite de carga que puede almacenar el condensador, la corriente deja de fluir aunque se mantenga conectado el generador. La carga acumulada queda disponible en el condensador y no se pierde después de desconectarlo, debido a que el aire es un buen aislante. No obstante, se puede reforzar aún más el aislamiento utilizando otros materiales, como, por ejemplo, algunas resinas sintéticas.

-Proceso de descarga: Un proceso muy importante en el condensador es su descarga. La descarga se debe a la ausencia de la batería. Los electrones salen de la placa inferior (que cada vez tendrá menos carga – al perder electrones) y entran en la superior (que cada vez tendrá menos carga +al ganar electrones) hasta que ambas placas sean eléctricamente neutras. Llegado este momento alcanzamos el nuevo régimen permanente donde:

• V=0

• I=0

• Q= 0

Cuando se conectan por fuera las dos placas (por ejemplo, mediante un cable conductor), la diferencia potencial entre ellas produce un campo eléctrico que hace fluir a los electrones de la placa con carga negativa hacia la placa con carga positiva. En el momento inicial, la carga almacenada es máxima y la tensión también, de modo que la intensidad de corriente de descarga también es máxima. Poco a poco, dicha corriente va decayendo y finalmente se anula cuando las placas quedan neutras.Como en el proceso de carga, aquí también influye la resistencia del cable y la capacidad del condensador.