Bomba de vácuo rotativa de mercúrio

Uma bomba de vácuo rotativa de mercúrio esvazia lâmpadas e válvulas eletrónicas com uma peça rotativa em que o mercúrio serve de êmbolo líquido. Na bomba de Wolfgang Gaede, de 1905, cada câmara curva de um tambor aspira gás do recipiente ao sair do mercúrio e, ao mergulhar de novo, empurra-o para o invólucro, de onde uma segunda bomba o retira. F. Schulze-Berge descrevera em 1893 uma bomba rotativa de mercúrio que podia ser acionada mecanicamente; a de Gaede foi fabricada em grande número para as indústrias das lâmpadas e das válvulas.

O que é

Uma bomba de vácuo retira o gás de um recipiente fechado. Por volta de 1900, os fabricantes de lâmpadas elétricas, de tubos de raios X e de válvulas eletrónicas precisavam de pressões muito mais baixas do que as que uma bomba de êmbolo atinge, porque o ar que fica numa ampola estraga um filamento quente. As melhores bombas da época substituíam o êmbolo sólido por um êmbolo líquido de mercúrio.

As bombas rotativas tornaram esse princípio contínuo. Na forma que Wolfgang Gaede apresentou em 1905, um tambor dividido em câmaras curvas roda devagar dentro de um invólucro metálico fechado, cheio de mercúrio mais ou menos até meio. É acionado por um motor elétrico, pelo que ninguém tem de o manobrar à mão.

Como funciona

A bomba trabalha por andares. Uma bomba preliminar separada baixa primeiro a pressão dentro do invólucro. A bomba rotativa tira depois o gás que resta no recipiente e expulsa-o para essa atmosfera já rarefeita, de onde a bomba preliminar o retira.

Cada câmara do tambor abre-se para o recipiente acima do mercúrio, depois mergulha nele e esvazia-se.

Enquanto o tambor roda, o mercúrio mantém o seu nível e as câmaras atravessam-no. Do lado em que uma câmara sai do mercúrio, o espaço livre dentro dela cresce, e o gás do recipiente entra pelo tubo de aspiração, que desemboca no tambor acima do mercúrio. Do outro lado, a câmara volta a mergulhar: o mercúrio sobe nela como um êmbolo e empurra o gás para o invólucro, de onde a bomba preliminar o retira. A abertura da câmara mergulha depois no mercúrio e fecha-se. Cada volta leva um pouco do gás do recipiente, e a pressão nele desce passo a passo.

A mesma ideia funcionava em bombas de mercúrio mais antigas, em que uma coluna de mercúrio substituía o êmbolo sólido de uma bomba mecânica e era subida e descida à mão. Fazer rodar as câmaras através do mercúrio tornou o ciclo contínuo, e um motor podia acioná-lo.

Como fazer

Empurrado para a água, um copo virado prende uma bolsa de ar; inclinado, solta-a, como faz cada câmara do tambor.

Dois modelos simples, com água e cartão, mostram o ciclo da bomba.

Prender uma bolsa de ar. Encha de água uma bacia grande. Segure um copo transparente de boca para baixo e empurre-o a direito: o ar não consegue sair e a água só sobe um pouco no copo, travada pela bolsa presa. Incline devagar o copo debaixo de água até a borda se levantar de um lado: a bolsa sai numa bolha grande e a água enche o copo. Na bomba, a superfície do mercúrio fecha assim cada câmara e depois enche-a.

Fazer rodar o ciclo. Desenhe num cartão rígido um círculo com cerca de 20 cm de diâmetro para o invólucro e pinte de azul a metade de baixo até uma linha horizontal: é o nível do líquido. Marque um pequeno quadrado no alto do círculo como saída para a bomba preliminar. Recorte de outro cartão um disco com cerca de 16 cm de diâmetro e desenhe nele três câmaras curvas como as pás de uma ventoinha. Prenda o disco ao centro do círculo com um ataché. Rode-o devagar e siga uma câmara: ao sair do azul, a sua parte acima do líquido cresce, e é então que a câmara aspira o gás do recipiente. Ao mergulhar do outro lado, o líquido sobe nela e essa parte diminui, e é então que o gás é empurrado para o invólucro.

História e evolução

Numa bomba de Sprengel, gotas de mercúrio que caem por um tubo levam o gás; era a bomba dos fabricantes de lâmpadas antes das rotativas.

Em 1722, Emanuel Swedenborg descreveu uma bomba em que uma coluna de mercúrio, subida e descida, substituía o êmbolo sólido de uma bomba de ar mecânica. Em 1855, Heinrich Geissler, de Bona, construiu uma bomba com dois recipientes de vidro unidos por um tubo de borracha; descrita pela primeira vez em 1858, superou em simplicidade e eficácia todas as bombas de mercúrio anteriores. Em 1865, Hermann Sprengel apresentou uma bomba em que gotas de mercúrio a cair por um tubo de vidro estreito prendiam cada uma um pouco de gás e levavam-no. Em 1879, o laboratório de Edison em Menlo Park combinou bombas de Geissler e de Sprengel para esvaziar as ampolas das suas lâmpadas e media a pressão com um manómetro de McLeod.

Estas bombas eram lentas e manobradas à mão. Em 1893, F. Schulze-Berge descreveu uma bomba rotativa de mercúrio nos Annalen de Wiedemann, e a Nature deu notícia dela em novembro: um tubo em anel, cheio de mercúrio em parte, rodava num plano inclinado, e o mercúrio, servindo de êmbolo, aspirava o gás do recipiente e empurrava-o para uma bomba auxiliar. Podia ser acionada mecanicamente, e ele estava a construir uma maior para a indústria. Wolfgang Gaede, assistente na Universidade de Friburgo em Brisgóvia, estudava o efeito Volta no vácuo e verificou que as bombas do seu tempo não atingiam uma pressão suficientemente baixa. Em 1905 apresentou a sua bomba de ar rotativa de mercúrio no congresso de naturalistas e médicos alemães em Merano, onde causou sensação. O historiador Franz Wolf escreveu que ela, tal como a sua bomba de óleo, só aperfeiçoava princípios já conhecidos da bomba de êmbolo. A bomba podia ser acionada por um motor e foi fabricada em grande número para as indústrias das lâmpadas e das válvulas eletrónicas.

A partir de 1906, Gaede trabalhou com a casa E. Leybold’s Nachfolger, de Colónia. A sua bomba rotativa de óleo de 1907 foi pensada sobretudo como bomba preliminar da de mercúrio. Depois apresentou em 1912 a bomba molecular, que arrasta as moléculas de gás ao longo de um cilindro a rodar muito depressa, e a bomba de difusão de mercúrio, sem peças móveis. Ambas atingiam pressões muito mais baixas do que a bomba rotativa de mercúrio.