La denominación de las cargas eléctricas descubiertas en el año 600 a.C. tuvo lugar aproximadamente 2300 años después. Los nombres positivo y negativo de las cargas eléctricas fueron dados por Benjamin Franklin en el siglo XVIII. Franklin sugirió que la carga de la varilla de plástico se denominara negativa y la carga de la varilla de cristal positiva. En los años siguientes, a la luz de los avances de la física, se conoció definitivamente la naturaleza de las cargas eléctricas.
Benjamín Franklin
Los átomos, que son los componentes básicos de la materia ordinaria, están formados por protones, neutrones y electrones. Los protones y neutrones que forman el núcleo son de interés para la física nuclear. Se necesita una gran cantidad de energía para separar estas partículas entre sí. La situación es distinta para los electrones que circulan por el núcleo. Es mucho más fácil extraer un electrón de un átomo o sacar un electrón de un átomo, en comparación con extraer un protón del núcleo atómico.
Los átomos, y por tanto la materia formada por átomos, tienden a ser neutros. El átomo equilibra los protonescarga positiva en el núcleo con los electronescargados negativamente que orbitan alrededor del núcleo. Se produce un desequilibrio en la carga eléctrica cuando el número de electrones es mayor o menor que el de protones. Si el número de electrones es mayor que el de protones, la carga es negativa, y si es menor, la carga es positiva. La unidad SI de carga eléctrica es Coulomb. La carga más pequeña que se encuentra en la naturaleza es la carga del electrón. Por tanto, la carga de un electrón se define como carga elemental o carga unitaria.
Ejemplos de electricidad estática
La ganancia o pérdida de electrones por parte de un átomo se denomina carga. Los átomos pueden ganar o perder electrones de distintas formas. Como resultado, las sustancias pueden cargarse eléctricamente de distintas formas.
Cuando se acercan objetos neutros (sin carga), no se observa atracción ni repulsión.
Cuando se acercan objetos sin carga, no se atraen ni se repelen, StudySmarter Originals
El intercambio de electrones se produce entre los objetos que se frotan entre sí. Mientras que se produce un exceso de carga negativa en el objeto que recibe electrones, la carga negativa disminuye en el objeto que dona electrones. Se produce un exceso de carga positiva en el cuerpo donante de electrones, y un exceso de carga negativa en el cuerpo aceptor de electrones. Como en el ejemplo que utiliza tejido de lana y una varilla de plástico, el objeto donador de electrones está cargado positivamente, y el objeto receptor está cargado negativamente. Los objetos cargados por fricción se cargan con cargas eléctricas iguales y opuestas. El objeto receptor de electrones está cargado con unacarga, mientras que el objeto donador de electrones se carga con unacarga. La suma de las cargas antes y después del roce de los objetos es igual debido a la conservación de la carga.
Las fuerzas electrostáticas son fuerzas sin contacto. Cuando se acercan dos varillas de plástico frotadas contra un trozo de lana o dos varillas de vidrio frotadas con tela de seda, las varillas se repelen. Este experimento demuestra que los objetos cargados con la misma carga eléctrica se repelen.
Cuando se acercan dos varillas de plástico frotadas contra un trozo de lana o dos varillas de vidrio frotadas con tela de seda, las varillas se repelen, StudySmarter Originals
Cuando la varilla de plástico que se ha frotado contra el tejido de lana y la varilla de cristal que se ha frotado contra el tejido de seda se acercan, se atraen.
Las varillas de plástico y las varillas de cristal se atraen cuando se frotan sobre tejido de lana y tejido de seda respectivamente. Originales de StudySmarter
Se observa un fenómeno similar al frotar un tejido de lana y una varilla de plástico, o un tejido de seda y una varilla de vidrio. Esto demuestra que los objetos cargados con cargas eléctricas opuestas se atraen. Debido a la fuerza repulsiva y a la fuerza atractiva que ejercen los objetos entre sí, podemos estar seguros de que deben existir dos tipos de carga.
Los objetos cargados con cargas eléctricas opuestas se atraen, StudySmarter Originals
El resultado de este experimento puede resumirse como sigue: Los objetos cargados con la misma carga eléctrica se repelen, y los objetos cargados con cargas eléctricas opuestas se atraen.
Usos de la electricidad estática
La electricidad estática forma parte de nuestra vida cotidiana. La electricidad estática se utiliza para el control de la contaminación, la limpieza del aire y el desarrollo de dispositivos tecnológicos. Por ejemplo, en las fotocopias, el filtrado del aire de las fábricas, la pintura de los coches y los teléfonos móviles, se puede utilizar la electricidad estática.
Usos de la electricidad estática: Control de la contaminación
Un uso particular de la electricidad estática es utilizarla para controlar los niveles de partículas contaminantes que podrían ser perjudiciales para el ser humano o, más ampliamente, para el entorno natural. A continuación se explican dos aplicaciones de este uso particular de la electricidad estática para el control de la contaminación.
Usos de la electricidad estática: Precipitadores electrostáticos
Los precipitadores electrostáticos son un ejemplo de los variados usos de la electricidad estática que pueden emplearse para el control de la contaminación mediante la aplicación de carga estática para atraer las partículas del aire y recogerlas. Muchas centrales eléctricas utilizan combustibles fósiles como el carbón y el petróleo para generar electricidad. Cuando estos combustibles arden, emiten humo. El humo contiene partículas sólidas microscópicas, como carbono sin reaccionar, que pueden causar daños estructurales y problemas respiratorios. Para evitarlo, el humo de los gases residuales se elimina antes de que salgan por las chimeneas. Para ello es necesario utilizar un precipitador electrostático.
El precipitador electrostático elimina las partículas diminutas del aire obligándolas a cargarse y luego las atrae hacia unas placas metálicas. Wikimedia Commons
Usos de la electricidad estática: Ambientadores
El aire puede purificarse utilizando electricidad estática. La electricidad estática se utiliza en los purificadores de aire para cambiar las cargas de las partículas de polvo, de modo que se adhieran a una placa o filtro del purificador que tenga la carga opuesta a la del polvo. Estas partículas cargadas son atraídas hacia una placa del aparato con la carga opuesta y se adhieren a ella.
Usos de la electricidad estática: Fotocopiadoras
En las fotocopiadoras, un tambor o una cinta están recubiertos con una capa de material fotoconductor. Cuando la luz incide sobre una sustancia fotoconductora, ésta empieza a conducir la electricidad. Cuando una fotocopiadora proyecta luz sobre un trozo de papel en la superficie de cristal, la electricidad estática proyecta un patrón de la imagen sobre el tambor fotorreceptor cargado positivamente que hay debajo. Cuando la luz se refleja en los espacios en blanco de la página, incide sobre el tambor, neutralizando las partículas cargadas que recubren la superficie del tambor. Sólo quedan cargas positivas en el papel cuando hay manchas oscuras que no reflejan la luz. El tóner cargado negativamente es atraído por estas cargas positivas. A continuación, el tóner se transfiere a una hoja de papel cargada positivamente y se fusiona.
Una impresora es un ejemplo de los muchos y variados usos de la electricidad estática en nuestra vida cotidiana
Pintura electrostática
Los procesos de pintura electrostática también se conocen como pintura en polvo entre el gran público. Las carrocerías de los coches se pintan con mayor frecuencia mediante técnicas de pintura electrostática. El principio de que las cargas opuestas se atraen es el concepto básico de este proceso. Las partículas de polvo coloreado cargadas eléctricamente se adhieren a la superficie que se va a pintar eléctricamente y se adhieren a la superficie completamente debido a los procesos de cocción posteriores.
Lapintura electrostática se basa en el principio de la electricidad está tica
Usos de la electricidad estática: Teléfonos móviles
La mayoría de los teléfonos inteligentes utilizan pantallas táctiles capacitivas, fabricadas con materiales como el cobre o el óxido de indio y estaño, que almacenan cargas eléctricas en una rejilla electrostática de hilos diminutos, cada uno más fino que un cabello humano. Cuando un dedo toca la pantalla, se transfiere una pequeña cantidad de carga eléctrica del dedo para completar el circuito, lo que provoca una caída de tensión en ese lugar. El programa analiza la ubicación de la caída de tensión antes de realizar una determinada acción preprogramada.
Un smartphone con pantalla táctil también es un ejemplo de los usos de la electricidad estática
Peligros de la electricidad estática
En los camiones cisterna que transportan líquidos inflamables, la carga de electricidad estática se acumula debido a la agitación del líquido en la cisterna causada por el movimiento, así como por la fricción con el aire circundante. Es necesario utilizar una cadena de puesta a tierra para evitar que esta carga de electricidad estática alcance niveles peligrosos. La cadena de puesta a tierra permite que la electricidad estática acumulada se descargue de forma segura en el suelo.
Un camión que transporta líquido inflamable puede ser muy peligroso si no se cuida adecuadamente. Poreso puedes ver señales de advertencia que indican que no debes fumar cigarrillos ni encender llamas en las proximidades del camión cisterna.
Peligros de la electricidad estática: Relámpagos
Las partículas dentro de las nubes se cargan como resultado de la colisión y la fricción. Estas partículas hacen que la parte superior de la nube adquiera una carga puramente positiva y que las partes inferiores de la nube se carguen negativamente. Como resultado, el suelo bajo las nubes se carga con la carga opuesta, es decir, positiva. La separación de las cargas negativas en las nubes y las cargas positivas en el suelo continúa durante un tiempo. El aire aislante entre la nube y el suelo empieza a hacerse conductor, y a medida que aumenta la diferencia de potencial entre la nube y el suelo, resulta más fácil que una corriente perfore el aire. Al perforar el aire, la alta tensión de la nube se descarga en el suelo. En estas descargas de rayos fluye una corriente de entre 2.000 y 200.000 amperios.
Peligros de la electricidad estática: Aviones
La electricidad en el exterior de los aviones se forma de 3 formas distintas. La electricidad generada por un rayo durante el vuelo, la electricidad estática generada por la fricción cuando el avión atraviesa nubes de nieve, hielo, granizo o polvo, y la electricidad estática generada por los dispositivos electrónicos. La electricidad estática generada en el avión se distribuye por los salientes metálicos puntiagudos de los extremos de las alas del avión. Si la electricidad estática que circula por el fuselaje del avión se liberara momentáneamente en el aire, podría explotar debido a las fuertes descargas que pueden producirse durante el aterrizaje del avión.
Electricidad estática en el cuerpo
Las descargas eléctricas en el cuerpo pueden producirse por la exposición repentina del cuerpo a la electricidad. Al tocar un objeto o establecer contacto manual con alguien, a veces se oyen sonidos crepitantes y se puede sentir una fuerte "sacudida". Es una situación que casi todo el mundo experimenta en algún momento de su vida. A veces, al dar la mano a alguien y a veces al agarrar el pomo de una puerta, se oyen sonidos crepitantes y el cuerpo experimenta una descarga eléctrica momentánea. El exceso de electricidad estática acumulada en el cuerpo se descarga, provocando una sensación de descarga eléctrica instantánea en el cuerpo de la persona.
Debido a la electricidad estática, se produce una fuerza de repulsión y el pelo sobresale de la cabeza.
¿Cómo descargar la electricidad estática del cuerpo?
La persona puede deshacerse de la electricidad estática de su cuerpo pisando tierra limpia con los pies descalzos.
Electricidad estática - Puntos clave
Electricidadestática se define como la desproporción de cargas eléctricas en el interior o en la superficie de una sustancia.
Se produce una acumulación de carga eléctrica cuando el número de cargas negativas es mayor o menor que el número de cargas positivas, o viceversa. Si el número de cargas negativas es mayor que el número de cargas positivas, la carga es negativa, y si es menor, la carga es positiva.
La unidad SI de la carga eléctrica es el Coulomb (C).
La ganancia o pérdida de electrones por un material se denomina carga .
Cuando se acercan objetos sin carga (neutros), no se observa atracción ni repulsión.
El intercambio de electrones se produce entre objetos que se rozan entre sí.
Los objetos cargados por fricción se cargan con cargas eléctricas iguales y opuestas. El objeto que acepta electrones se carga con una carga -q, mientras que el objeto que dona electrones se carga con una carga +q.
Los objetos cargados con cargas eléctricas opuestas se atraen, y los objetos cargados con la misma carga se repelen.
La electricidad estática se utiliza generalmente en fotocopiadoras, filtros de aire (especialmente precipitadores electrostáticos), pinturas de automóviles, sprays de pintura, teatros, quirófanos, pruebas de polvo e impresoras.
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