La botella de Leyden

Cuneus, discípulo de Muschenbroek, célebre físico del siglo XVIII, trató cierto dia de electrizar el agua contenida en una botella de ancho gollete. Con tal objeto, cogió la botella con una mano, después de introducir en el líquido una varilla metálica suspendida del conductor de una máquina eléctrica, y cuando creyó que el agua estaba suficientemente cargada de electricidad, quiso, sin dejar de sostener la botella con una mano, quitar con la otra el alambre puesto en contacto con el conductor. Al punto sintió una conmoción cuya violencia le sorprendió en alto grado.

Muschenbroek repitió el experimento de Cuneus; pero la sacudida que experimentó en brazos, hombros y pecho fue tal que le dejó sin aliento, causándole un espanto tan grande que al noticiar á Réaumur aquel hecho, enteramente nuevo entre los fenómenos eléctricos á la sazón conocidos, le escribió «que no volvería á hacer la prueba aun cuando le dieran el reino de Francia.» Pero otros físicos fueron menos tímidos. Allaman, Lemonnier, Winckler y el abate Nollet repitieron el experimento de varios modos, y la ciencia poseyó un nuevo aparato eléctrico: la botella de Leyden, así llamada de la ciudad en que se hizo por primera vez el experimento en 1746 (1). Véase cómo se construye hoy este aparato.

Se escoge un frasco de vidrio delgado y se le adhiere exteriormente hasta los tres cuartos de su altura, el fondo inclusive, una hoja metálica que por lo regular es de estaño, y á la cual se da el nombre de guarnición ó armadura exterior de la botella. La guarnición ó armadura interior consiste unas veces en una lámina metálica que cubre las paredes interiores, otras en perdigones, y otras en hojas de oro ó de latón de que se llena el frasco; según hemos visto, la botella de Muschenbroek lo estaba de agua, es decir, que ha de ser siempre un cuerpo conductor. Por último, al tapón de corcho de la botella se adapta una varilla de cobre encorvada en forma de gancho y terminada en un botón, cuya varilla comunica por dentro con la armadura interior del frasco. Para evitar toda comunicación eléctrica entre las armaduras, se barniza con goma laca el cuello de aquel: como sin esta precaución el vidrio se cubriría de una capa más ó menos ligera de vapor de agua y no aislaría completamente las dos armaduras, podría suceder que resultasen descargas entre ellas y que saltasen chispas siguiendo la superficie exterior del vidrio.

Para cargar la botella de Leyden, se la suspende por su vastago del conductor de una máquina eléctrica, cuidando de establecer con una cadenilla de metal la comunicación entre el suelo y su armadura exterior. También se la puede coger simplemente por su armadura exterior, acercando al conductor de la máquina el botón del vastago.

Cargada ya la botella, si se unen las dos armaduras exterior é interior por medio de un conductor cualquiera, resultará una descarga acompañada de chispa y de explosión. Teniendo por ejemplo el aparato en una mano y acercando la otra al botón, se efectuará la descarga por el intermedio de los brazos y del cuerpo, y se sentirá la conmoción que tanto asustó á los primeros experimentadores. Si muchas personas se cogen de la mano formando cadena, y la primera toma la botella presentando el vastago á la última, tan luego como se establezca el contacto, todas ellas sentirán á la vez en sus miembros la misma conmoción. Nollet hizo esta prueba en presencia de Luis XV; trescientos guardias franceses formaron la cadena, y recibieron simultáneamente la sacudida producida por la descarga instantánea de la botella de Leyden.

Antes de seguir adelante y de describir muchos experimentos curiosos que se pueden hacer con este aparato, procuraremos dar la explicacion teórica del doble fenómeno de la carga y descarga de la botella.

Observemos ante todo que el aparato se compone esencialmente de dos cuerpos conductores, las dos guarniciones metálicas interior y exterior, y de un cuerpo aislador que las separa, la botella de vidrio. Cuando se suspende el gancho del conductor electrizado de una máquina, la electricidad de este se distribuye por toda la superficie de la armadura interior, que se encuentra así cargada de electricidad positiva, por ejemplo. Esta electricidad descompone por influencia la neutra de la armadura exterior, atrae á la superficie del vidrio la electricidad negativa y repele al suelo la positiva, por intermedio del cuerpo del experimentador ó de la cadena metálica.

De este modo se encuentran en presencia dos cargas de electricidades contrarias que no pueden combinarse á causa de la interposición de la placa aisladora de vidrio. Si se facilita la reunión de ambas electricidades mediante un conductor cualquiera, se efectuará su combinación con explosión y chispa.

Hasta aquí no parece necesario recurrir á otra explicación: aparte de que la precedente es la que da cuenta de los fenómenos de electricidad por influencia; pero vamos á ver que en realidad es insuficiente.

Ante todo, el tamaño de la chispa y la violencia de las conmociones son ya indicios de una tensión eléctrica de energía desusada: la acumulación de las dos electricidades en tan gran cantidad no parece ya en relación con las escasas dimensiones de los conductores que componen el aparato. Véase ahora otro hecho que conviene explicar: Cuando se ha descargado una botella de Leyden y se la deja á un lado algún tiempo, se la vuelve á encontrar cargada sin haberla puesto de nuevo en comunicación con algún manantial de electricidad. Se puede sacar otra chispa, aunque menos fuerte que la primera, luego otra y otra, y así sucesivamente. Esto es lo que se llama descargas secundarias y chispas de residuos ó cargas residuas. Es pues evidente que en la botella de Leyden se puede acumular mayor cantidad de fluido que en simples conductores aislados, por cuya razón se la da el nombre de condensador, nombre que se aplica también á todos los aparatos análogos. ¿De qué procede este poder de acumulacion, y qué nuevos fenómenos intervienen para producirla? Procuraremos hacerlo comprender, resumiendo la teoría de la condensación eléctrica, que AEpinus fue el primero en formular, en cuanto tiene de más esencial para la inteligencia de los anteriores fenómenos.

El condensador ideado por AEpinus está representado en la figura 90. Consiste en dos platillos circulares metálicos aislados, A, B, puestos frente á frente sobre dos columnas de vidrio, y separados por un disco de vidrio también. Dichos platillos pueden correrse por una ranura y acercarse cuanto se quiera hasta dejar entre uno y otro el espesor del disco aislador. Las varillas metálicas que los sostienen llevan unos electroscopios de cuadrante.

Supongamos que los platillos están algo separados, y pongamos á A en comunicación con la máquina eléctrica. Este platillo se carga de electricidad positiva cuya tensión acaba por ser igual á la de la máquina, y su péndulo diverge; además está casi uniformemente distribuida en las dos caras del platillo A. Interrumpamos ahora la comunicación de A con la máquina eléctrica, y aproximemos uno á otro los platillos A y B; este último se cargará por inducción de electricidad negativa en la cara que mira al disco de vidrio, y de electricidad positiva en la otra; su péndulo divergerá también; pero la atracción de la electricidad negativa de B para con la positiva de A hará que esta se acumule en la cara anterior del platillo, y el péndulo de A descenderá á cero.

Si en este momento se pone á B en comunicación con el suelo, el fluido positivo se escapa por él, sobreviene una nueva descomposición, la electricidad negativa se acumula en la cara anterior de este platillo, en mayor cantidad que antes, y, por reacción, la tensión en el platillo A adquiere más energía en la cara anterior, en detrimento de la posterior, que vuelve al estado natural. Así pues, cuando se restablezca la comunicación de A con la máquina eléctrica, pasará á este platillo una nueva cantidad de electricidad positiva, y la condensación seguirá aumentando.

La misma serie de operaciones, repetida varias veces, producirá una condensación máximum en uno y otro platillo. La acción de ambas cargas de electricidades contrarias en un punto exterior es nula, por la sencilla razón de que hay compensación entre las dos acciones opuestas. Así es que á veces se da el nombre de electricidad disimulada á cualquiera de las dos electricidades de que todo condensador está cargado. Pero lo que mejor prueba que aquí no se trata de un estado eléctrico particular es que la acción de las dos caras interiores de los platillos del condensador no es nula respecto á un punto situado entre ellos, de lo cual es fácil cerciorarse tocando con un plano de prueba una de dichas caras, pues se reconoce que aquel punto está cargado como el mismo platillo.

Vése pues que el condensador AEpinus y la botella de Leyden difieren únicamente en la forma, y que los fenómenos cuya sucesión se observa en el uno, ocurren del mismo modo en la otra.

Y ahora ¿cuál es el cometido del disco de vidrio? La teoría y la experiencia demuestran que una placa de cualquier otra sustancia aisladora, por ejemplo una capa de aire, interpuesta entre los conductores, daria orígen á los mismos fenómenos; mas como el aire ofrece menor resistencia que el vidrio á las tensiones opuestas de electricidades contrarias, acumuladas en las caras que miran á los conductores, estas electricidades no tardarían en combinarse; brotaría una chispa y el aparato resultaría descargado espontáneamente. De aquí la necesidad de interponer un cuerpo que presente mayor resistencia, como el vidrio ó la resina.

Aún hay más: según resulta de los numerosos experimentos de Faraday y de Matteucci, las dos cargas, positiva y negativa, no se acumulan solamente en las superficies que están en contacto con el vidrio y con las armaduras de los condensadores, sino que penetran en el primero hasta cierta profundidad. Hácese patente este caso con una botella de Leyden de armaduras movibles, compuestas de tres partes, como se ve en la figura 92.

Después de cargar la botella completa, se la pone sobre un cuerpo aislador, se quita la armadura interior con un gancho de vidrio, luego la vasija de esta sustancia, y se reconoce que las armaduras contienen muy poca electricidad, al paso que dicha vasija está fuertemente electrizada. Por lo demás, si después de descargar las dos armaduras se las coloca en su sitio, la botella produce una chispa tan viva como si no hubiese habido descargas parciales.

La penetración de la electricidad á cierta profundidad en el cuerpo aislador de los condensadores explica perfectamente, como se ve, las descargas secundarias de la botella de Leyden, demostrando además que las armaduras metálicas tienen también por objeto el poner en fácil comunicacion los diferentes puntos del vidrio, por lo cual se comprende que, gracias á su conductibilidad, se produzca instantáneamente la descarga con toda su energía (2).

(1) Von Kleist, obispo de Pomerania, habia hecho el año anterior una observación parecida. Habiendo pasado una varilla de hierro al través del tapón de una botella que contenia mercurio, la cogió con la mano y acercó la varilla al conductor de una máquina eléctrica; por casualidad tocó con la otra mano el conductor mientras la varilla estaba en contacto con él, y entonces sintió en el brazo una violenta sacudida.

(2) «La fuerza condensante de una botella es tanto mayor cuanto más delgado el vidrio; pero no se puede exagerar esta cualidad, porque de lo contrario la descarga eléctrica que sobreviene de una armadura á otra atraviesa en breve las botellas traspasando el vidrio. Por consiguiente, el espesor, de este debe ser bastante grande para que, si la botella está demasiado cargada, la descarga espontánea se produzca más bien de la varilla superior á la armadura exterior corriéndose á lo largo del vidrio.

»Importa mucho que el espesor del vidrio sea casi uniforme y que no tenga burbuja alguna, pues de otra suerte ocurren descargas en los puntos en que la resistencia es más débil; y la botella queda atravesada. La naturaleza del vidrio tiene también bastante influencia; los hay que son un poco conductores, de modo que la electricidad penetra en ellos á cierta profundidad, y á la primera descarga desaparece gran parte de ella; entónces se obtienen cargas resíduas muy numerosas.» (Mascart, Tratado de Electricidad estática.)

"El mundo físico", Amadeo Gillemin, Montaner y Simón editores, Barcelona 1883