Electroestática

Introducción

Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas, es decir, adquiere cargas eléctricas, se dice que ha sido electrizado.

La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electroestática.

Para explicar cómo se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la materia está hecha de átomos, y los átomos de partículas cargadas, un núcleo rodeado de una nube de electrones. Normalmente, la materia es neutra (no electrizada), tiene el mismo número de cargas positivas y negativas.

Algunos átomos tienen más facilidad para perder sus electrones que otros. Si un material tiende a perder algunos de sus electrones cuando entra en contacto con otro, se dice que es más positivo en la serie Triboeléctrica. Si un material tiende a capturar electrones cuando entra en contacto con otro material, dicho material es más negativo en la serie triboeléctrica.

Cuando un cuerpo cargado eléctricamente se pone en contacto con otro inicialmente neutro, puede transmitirle sus propiedades eléctricas. Este tipo de electrización denominada por contacto se caracteriza porque es permanente y se produce tras un reparto de carga eléctrica que se efectúa en una proporción que depende de la geometría de los cuerpos y de su composición. Existe, no obstante, la posibilidad de electrizar un cuerpo neutro mediante otro cargado sin ponerlo en contacto con el mismo.

Objetivos

Electrizar materiales por frotamiento, suponiendo de manifiesto la propiedad de la materia denominada “carga eléctrica” o “electricidad” y visualizar esta propiedad por inducción, electroestática y por contacto.

Electrostática

Es la rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos producidos por distribuciones de cargas estáticas. La electrostática estudia las fuerzas eléctricas producidas por distribuciones de cargas a través de conceptos tales como el campo eléctrico y el potencial eléctrico y de leyes físicas como la ley de Coulomb.

Observación: La Electrostática y La Electrodinámica se diferencia dado que la primera estudia los fenómenos resultantes de la distribución de cargas eléctricas en reposo mientras que la última estudia los fenómenos causados por las cargas en movimiento y su interacción con los campos eléctricos y magnéticos.

Carga eléctrica

La carga eléctrica es una propiedad de la materia que se traduce o que provoca que los cuerpos se atraigan o se repelen (se rechacen) entre sí en función a la aparición de campos electromagnéticos generados por las mismas cargas. Se dice entonces que es una propiedad intrínseca de la materia que se presenta según la convención de Benjamín Franklin en positiva y negativa, de manera que dos cargas positivas o negativas se van a repeler y dos cargas una positiva y una negativa se van a atraer. También se dice que la carga eléctrica está cuantizada, es decir que hay una carga tan pequeña que todas las demás cargas son múltiplos exactos de esta, por lo que llamada también "carga elemental". Me refiero a la carga de un electrón (negativa) o la carga de un protón (idéntica en magnitud pero positiva). También se supone que la carga eléctrica del universo es finita (es decir que hay un número finito de electrones y protones) y que es neutra (que hay tantos protones como electrones) pero eso es un poco especulativo. La unidad utilizada para medir la carga eléctrica es el coulomb (coulombio o colombio) cuyo símbolo es una C (mayúscula) y se le dio ese nombre en honor a Charles Coulomb el científico que encontró la ley que gobierna este tipo de fenómenos.

Carga puntual

Se conoce como carga puntual a la carga eléctrica hipotética de gran magnitud e infinidad, que sujeta un punto geométrico que es escaso de toda dimensión.

Electrización de una sustancia

Métodos de electrización

Cargar o electrizar un cuerpo consiste en conseguir que el número de electrones de algunos de sus átomos no sea igual al número de protones. Existen tres métodos fundamentales para cargar un cuerpo: por contacto y por inducción frotamiento.

Electrización por contacto:

Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con otro, la carga eléctrica se distribuye entre los dos y, de esta manera, los dos cuerpos quedan cargados con el mismo tipo de carga.

Electrización por frotamiento:

Al frotar un cuerpo fuertemente con un paño, este se carga positiva o negativamente de pendiendo de su tendencia a perder o ganar electrones respectivamente. Por ejemplo al frotar una barra de vidrio, ésta se cargará positivamente.

Electrización por inducción:

Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro.

Cuando acercamos un avarilla de vidrio electrizada previamente por frotamiento con algún pañuelo de seda a la bola neutra se produce una redistribución de las cargas eléctricas en esta última. La carga neta de la bola no varía, péro la mayor proximidad de las cargas negarivas a la varilla hace que la bola sea atraída.

Se consigue cargar un cuerpo neutro al aproximar otro cargado eléctricamente.

Conductores y Aisladores

Los materiales presentan distintos comportamientos ante el movimiento de cargas eléctricas.

Conductores

Los elementos conductores tienen facilidad para permitir el movimiento de cargas y sus átomos se caracterizan por tener muchos electrones libres y aceptarlos o cederlos con facilidad, por lo tanto son materiales que conducen la electricidad.

Ejemplos: Cobre, Oro¸ Plata, joyas, una lata de refrescos, el aluminio para envolver alimentos para cocinar entre otros.

Aisladores

Los aisladores son materiales que presentan cierta dificultad al paso de la electricidad y al movimiento de cargas. Tienen mayor dificultad para ceder o aceptar electrones. En una u otra medida todo material conduce la electricidad, pero los aisladores lo hacen con mucha mayor dificultad que los elementos conductores.

Ejemplo: Madera, Plástico, Goma, Piel, guante de cuero de un electricista y muchos mas.

Contacto a Tierra

El contacto a tierra corresponde al conjunto de electrodos y partes conductoras que en contacto con tierra, permiten drenar hacia ésta, todas las corrientes de falla, peligrosas para la integridad de las personas y de los equipos electrónicos.

La conexión a tierra eficaz conduce la electricidad indeseable hacia tierra alejando el peligro en forma segura.

Aun mejor, podemos también decir que es una conexión física ente los cables y el suelo, que se hace para evitar que las partes accesibles a las personas adquieran un voltaje peligroso en la eventualidad de una falla del aislante, aprovechando la enorme masa de la Tierra, que para fines prácticos,

Puede usarse como un enorme sumidero de corriente.

Su uso es tan común actualmente, que en circuitos de coches, barcos, aviones, aparatos eléctricos, etc, se oye hablar de una "conexión a tierra", sin que exista la conexión física con la superficie de la Tierra como te menciono anteriormente. Sin embargo, su función es la misma: proporcionar un paso de baja resistencia a la corriente, para regresarla a la fuente o para dirigirla a un sumidero.

Cuando se dice que alguien se accidentó "por hacer tierra", la frase se refiere a que el cuerpo de la persona sirvió de paso a la corriente eléctrica del circuito, algo a lo que también le llaman "hacer puente". Obviamente, los materiales en contacto deben ser conductores (el cuerpo humano lo es). El paso de corriente en el cuerpo humano (descarga) puede producir daños severos, como lo documentan diversos estudios. Usar materiales no metálicos como protección NO garantiza protección al 100%, porque los plásticos, cerámicas, y demás materiales se comportan como dieléctricos en un circuito.

Péndulo eléctrico

Es un sencillo dispositivo empleado con fines didácticos para poner de manifiesto ciertos fenómenos electrostáticos.

Funcionamiento:

Consiste usualmente en una pequeña esfera de saúco que pende de un hilo de seda y generalmente se utiliza un par de ellos para demostrar cómo interactúan entre sí. La ligereza de la bola de saúco permite que ésta experimente un gran desplazamiento cuando sobre ella actúan fuerzas electrostáticas a la cercársele un objeto cargado. Es un material aislante, pero la presencia de cierta cantidad de humedad (absorbida del aire) combinada con algunas sales propias de la madera del saúco le confieren una pequeña movilidad a la carga eléctrica; esto es lo que hace que la madera (o la semilla) del saúco sea particularmente adecuada para estos experimentos.

Electroscopio

Es un instrumento que se utiliza para establecer si un cuerpo está

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