Una campana de vidrio es un frasco de vidrio , de forma similar a una campana (es decir, en su forma más conocida está abierto en la parte inferior, mientras que su parte superior y sus lados juntos son una sola pieza), y puede fabricarse con una variedad de materiales. (que van desde vidrio hasta diferentes tipos de metales). Las campanas de vidrio se utilizan a menudo en los laboratorios para formar y contener el vacío . Es un aparato científico común utilizado en experimentos. [1] Las campanas de vidrio tienen una capacidad limitada para crear vacíos fuertes; Las cámaras de vacío están disponibles cuando se necesita un mayor rendimiento. Se han utilizado para demostrar el efecto del vacío sobre la propagación del sonido.
Además de sus aplicaciones científicas, las campanas de cristal también pueden servir como vitrinas o cubiertas antipolvo transparentes. En estas situaciones, la campana de cristal no suele colocarse al vacío.
Se coloca una campana de vacío sobre una base que se ventila a un conector de manguera, que se puede conectar mediante una manguera a una bomba de vacío . Se forma un vacío bombeando el aire fuera de la campana.
El borde inferior de una campana de vacío forma un reborde de vidrio pesado, pulido en el fondo para un mejor contacto. La base del frasco es igualmente pesada y aplanada. Generalmente se aplica una pequeña cantidad de grasa para vacío entre ellos. A medida que se forma el vacío en el interior, se crea una fuerza de compresión considerable, por lo que no es necesario sujetar el sello. Por esta razón, una campana de cristal no puede usarse para contener presiones superiores a la atmosférica, sólo inferiores.
Las campanas se utilizan generalmente para demostraciones en el aula o por aficionados, cuando sólo se requiere una aspiradora de calidad relativamente baja. La investigación de vanguardia realizada con vacío ultraalto requiere una cámara de vacío más sofisticada . Sin embargo, se pueden completar varias pruebas en una cámara de campana que tenga una bomba efectiva y una tasa de fuga baja.
Robert Boyle informó sobre algunos de los primeros experimentos científicos que utilizaron una campana de vidrio para proporcionar vacío . [2] En su libro, Nuevos experimentos físico-mecánicos, tocando el resorte del aire y sus efectos (realizados, en su mayor parte, en un nuevo motor neumático), describió 43 experimentos separados, algunos de los cuales se llevaron a cabo con Robert Hooke , investigando el efecto de reducir la presión del aire dentro de la campana de cristal sobre los objetos contenidos en su interior. [3]
Uno de los experimentos más conocidos consistió en colocar una campana dentro del frasco y observar que al bombear el aire, el timbre desaparecía. Este experimento demostró que la propagación del sonido está mediada por el aire y que, en ausencia del medio aéreo , las ondas sonoras no pueden viajar. Este experimento se utiliza a menudo como un experimento científico en el aula , donde el experimento se repite con un elemento como un despertador colocado debajo de una campana de cristal, y el ruido del despertador que se desvanece a medida que se bombea el aire se utiliza para demostrar el efecto. . [4] Al colocar adicionalmente un micrófono dentro de la campana y observar que el sonido detectado por el micrófono se reduce a medida que se bombea el aire, se puede excluir el efecto de absorbancia del sonido por el propio vidrio de la jarra. [5]
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Otro experimento común que utiliza una campana de cristal consiste en colocar un frasco sobre una vela encendida y observar que la llama se apaga, lo que demuestra que se requiere oxígeno para la combustión . [6] Una variación común de este experimento es colocar la vela y la campana sobre agua, y observar que cuando la vela se apaga, el nivel del agua aumentará dentro de la campana. La explicación de esta observación es que el calentamiento del aire dentro del frasco por las velas hace que éste se expanda, y cuando la vela haya agotado el suministro de oxígeno y se apague, el aire se enfriará y se contraerá, lo que hará que el agua sea aspirada hacia llenar el espacio. Un error común es pensar que el nivel del agua aumenta para reemplazar el oxígeno consumido, pero dado que la reacción de combustión produce dióxido de carbono como producto, esta explicación no es correcta. [7]
Joseph Priestley también usó una vela y una planta de menta colocada debajo de una campana de cristal en un experimento reportado en Experimentos y observaciones sobre diferentes tipos de aire para demostrar el efecto de la fotosíntesis . Inicialmente se encendía la vela, luego se colocaba la campana de cristal sobre los dos objetos y una vez que la vela consumía el oxígeno, se apagaba la llama. Sin embargo, la vela pudo volver a encenderse unos días después, lo que demostró que la planta había producido el oxígeno necesario. [8]
Priestley también llevó a cabo experimentos utilizando plantas y ratones debajo de una campana de cristal. Descubrió que, si bien un ratón mantenido solo dentro de una campana de cristal eventualmente moría, cuando también se colocaba una planta dentro del frasco, el ratón sobrevivía.
Boyle también estudió el efecto de eliminar el aire de campanas de cristal que contenían varios animales diferentes, incluidos insectos, ratones, pájaros y peces, y observó cómo reaccionaban cuando se eliminaba el aire. [2] [9] [10] En el "Experimento 40", de Nuevos Experimentos Físico-Mecánicos, Tocando el Resorte del Aire y sus Efectos, (Realizados, en su mayor parte, en un Nuevo Motor Neumático) probó el capacidad de los insectos para volar bajo presión de aire reducida, mientras que en el "Experimento 41" demostró la dependencia de los seres vivos del aire para su supervivencia.
El óleo Un experimento con un pájaro en la bomba de aire representa a un filósofo natural repitiendo un experimento similar al de Boyle con un pájaro dentro de una campana de cristal.
Un vacío produce una diferencia de presión de una atmósfera, aproximadamente 14 psi, sobre la superficie del vidrio. La energía contenida dentro de una implosión está definida por la diferencia de presión y el volumen evacuado. Los volúmenes de los matraces pueden cambiar en órdenes de magnitud entre experimentos. Siempre que trabajen con matraces de un litro o más, los químicos deben considerar el uso de una pantalla de seguridad o la hoja de una campana de flujo para protegerlos de fragmentos de vidrio, en caso de que se produzca una implosión. La cristalería también se puede envolver con espirales de cinta adhesiva para atrapar los fragmentos, o envolverla con una malla palmeada que se ve más comúnmente en los cilindros de buceo .
El vidrio al vacío se vuelve más sensible a las astillas y rayones en su superficie, ya que estos forman elevadores de tensión , por lo que es mejor evitar el vidrio más viejo si es posible. Los impactos sobre el vidrio y las tensiones inducidas térmicamente también son motivo de preocupación en el vacío. Los matraces de fondo redondo distribuyen más eficazmente la tensión en sus superficies y, por lo tanto, son más seguros cuando se trabaja al vacío.
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Las campanas de cristal puramente decorativas se usaban comúnmente en el período victoriano para exhibir y servir como cubiertas antipolvo transparentes y vitrinas para una amplia variedad de artículos, incluidos relojes, taxidermia , conchas y flores y frutas de cera. [11] [12] [13] Las campanas decorativas estaban hechas de vidrio delgado, poniendo más cuidado en su claridad óptica, y no tenían una brida de base engrosada. Por esta razón, no son adecuados para uso en vacío y, por lo general, fallarían si se bombearan.
Se utilizaron cúpulas de vidrio similares como cúpulas de queso, campanas para pasteles o campanas de jardín .