Tubos de descarga
com gás à baixa pressão


Esta página contém informações referentes a alguns experimentos empregado tubos de descarga elétrica em gases à baixas pressões. A muito tempo leio sobre os efeitos da pressão atmosférica sobre descargas elétricas e sempre tive a curiosidade de tentar reproduzir os experimentos realizados no início do século XX, época em que se construiram os modelos ainda ensinados hoje nas esciolas sobre a estrutura da matéria.

Durante meu curso de física pude ver alguns tubos de raios catódicos, como os de Crookes ou Geissler em operação, mas queria tentar algo que pudesse ser reproduzido com material "doméstico", sem a necessidade de aprender técnicas de glassblowing (embora eu queira muito aprender a soprar vidro!).

Esta página relata os resultados que consegui, que apesar de não serem sensacionais me pareceram estremamente interessantes para demonstrações em classes de física.

A fim de realizar este experimento precisamos dispor dos seguintes items:

1) Um meio de fazer vácuo (bomba de vácuo)
2) Uma fonte de alta tensão
3) Um tubo de vidro com eletrodos nos dois extremos
4) Alguma forma de visualizar a pressão dentro do tubo.

Tudo isto parece dificil de ser conseguido! Entretanto, usando um pouco de imaginação se consegue superar estas dificuldades. As soluções que encontrei foram as seguintes:

1) Bomba de vácuo - Para não ter que comprar uma boma de vácuo como as que são usadas nas escolas optei por aproveitar um compressor de geladeira. Para tal fim cortei a tubulação de entrada de gás do compressor e soldei aí um tubinho de maior diâmetro que tem dimensões adequadas para encaixar uma mangueira de plástico rígida.



2) Fonte de alta tensão - usei uma das que construí e que funcionou muito bem.



3) Tubo de vidro - Usei um cilindro de vidro que obtive desmontando um aquecedor de ambientes "à quartzo". Tirei a resistência de dentro, e em ambas as extremidades coloquei uma tampa feita com um tubo de borracha de silicone. Em uma extremidade coloqueo uma esfera de latão e em outra uma torneira destas usadas para soro em hospitais.


4) Medição da pressão - Para evitar usar um manometro construí um dispositivo bem simples - uma seringa de injeção com uma mola em seu interior. À medida que aumenta o vácuo o embolo da seringa se desloca comprimindo a mola. Esta mola foi calibrada usando uma balaça e uma régua para determinar seu coeficiente de deformação ("K") e o diâmetro da seringa foi também medido. De posse de todos estes dados a pressão pode ser calculada.




Abaixo apresento algumas fotos aonde o vacuo vai sendo gradualmente feito dentro do cilindro de vidro e a descarga pode ser observada. Como a pressão que obtive é ainda muito alta, boa parte do efeito observado são ions em movimento e não raios catódicos. Esta conclusão é possível aproximando um imã ao tubo - quase não há deflexão do feixe de luz que se forma e pode ser claramente observado.

Futuramente pretendo repetir o experimento usando uma bomba de vácuo destas usadas em instalação de ar condicionado, mas vou ter que encontrar uma melhor maneira de vedar meu sistema, que para vácuos maiores certamente vai apresentar problemas de vedação..

Pela coloração do plasma que se forma dentro do tubo, observando a luz emitida por tubos com gases rarefeitos, conclui-se que a maior parcela de gás presente deve ser nitrogênio. Pesquisando sobre a composição do ar encontrei que em média 78% do ar que respiramos é mesmo nitrogênio, o que valida o meu resultado.

A tensão aplicda ao tubo, que inicialmente foi de 35.000 volts, vai gradualmente baixando à medida que o vácuo se forma. Com a mínima pressão conseguida esta voltagem cai para apenas 6.000 volts e a corrente que circula é de 2,5 mA  (máximo que minha fonte consegue gerar). Nestas condições o tubo de vidro se aquece, uma vez que aí se dissipam cerca de 15 watts.















Comentários e/ou sugestões poderão ser enviados para luiz.alberto.fj@terra.com.br .

Importante: Alguns destes experimentos apresentam elevadas tensões e quantidades de energia; sua implementação deve ser feita somente por pessoas com o conhecimento adequado. Não recomendo estes experimentos para leigos e não assumo qualquer responsabilidade por eventuais acidentes causados por desconhecimento ou cuidado por parte do experimentador.