ELECTROSTATICA
La electr electrost ostát ática ica es la rama rama de la física que que estud estudia ia los los fenó fenómen menos os produ producid cidos os por por distribuciones de cargas eléctricas, esto es, el campo electrostático de electrostático de un cuerpo cargado. Histór Histórica icamen mente te,, la electr electros ostá tátic tica a fue fue la rama rama del del electromagnetismo que que prime primero ro se desa desarr rrol olló ló.. Con Con la post postul ulac ació ión n de la Le Ley y de Co Coul ulom omb b fue fue desc descri rita ta y util utiliz izad ada a en experimentos de laboratorio a partir del siglo !"", !"" , y ya en la segunda mitad del siglo " las " las le leye yes s de #a #ax$ x$el elll concl concluy uyero eron n defin definiti iti%am %amen ente te su estu estudio dio y expli explica cació ción, n, y permitie permitieron ron demostrar demostrar cómo las leyes leyes de la electros electrostáti tática ca y las leyes leyes que gobiernan gobiernan los fenó fenómeno menos s magn magnétic éticos os pueden den ser ser estud tudiad iadas en el mism mismo o marco rco teórico rico denominado electromagnetismo . La electricidad estática se produce cuando ciertos materiales se frotan uno contra el otro, como lana contra plástico o las suelas de zapatos contra la alfombra, donde el proceso de frotamiento causa que se retiren los electrones de la superficie de un material y se reubiquen en la superficie del otro material que ofrece ni%eles energéticos más fa%orables. & cuando partículas ionizadas se depositan en un material, como ocurre en los satélites al recibir el flu'o del %iento solar y y de los cinturones de radiación de !an (llen . La capacidad de electrificación de los cuerpos por rozamiento se denomina efecto triboeléct triboeléctrico rico)) existe una clasificación de los distintos materiales denominada secuencia triboeléctrica. triboeléctrica . Los materiales se comportan de forma diferente en el momento de adquirir una carga eléctrica. (sí, (sí, una %arilla metálica sostenida con la mano y frotada con una piel no resulta cargada. *in embargo, embargo, sí es posible cargarla cuando al frotarla se usa para sostenerla un mango mango de%idrio de%idrio o o de plástico y el meta metall no se toca toca con con las las mano manos s al frot frotar arlo lo.. La explicación es que las cargas pueden mo%erse libremente entre el metal y el cuerpo +umano, lo que las iría descargando en cuanto se produ'eran, mientras que el %idrio y el plástico plástico no permiten permiten la circulaci circulación ón de cargas cargas porque porque aíslan aíslan eléctrica eléctricament mente e la %arilla %arilla metálica del cuerpo +umano. sto se debe a que en ciertos materiales, típicamente en los metales metales,, los electrones electrones más más ale'ados de los n-cleos respecti%os adquieren fácilmente libertad de mo%imiento en el interior del sólido. stos electrones libres son las partículas que transportarán la carga eléctrica. (l depositar electrones en ellos, se distribuyen por todo el cuerpo, y %ice%ersa, al perde perderr electr electron ones es,, los los electr electron ones es libres libres se redist redistrib ribuy uyen en por por todo todo el cuerp cuerpo o para para compensar la pérdida de carga. stas sustancias se denominan conductores. n cont contrap rapart artida ida de los cond conduct uctore ores s eléctr eléctrico icos, s, existe existen n mater material iales es en los los que que los electrones están firmemente unidos a sus respecti%os átomos. n consecuencia, estas sustancias no poseen electrones libres y no será posible el desplazamiento de carga a tra%és de ellos. (l depositar una carga eléctrica en ellos, la electrización se mantiene
localmente. stas sustancias son denominadas los plásticos son e'emplos típicos.
aislantes o dieléctricos.
l %idrio y
FENOMENOS ELECTROSTATICOS La existencia del fenómeno electrostático es bien conocido, desde la antigedad existen numerosos e'emplos ilustrati%os que +oy forman parte de la ense/anza moderna, como el +ec+o de que ciertos materiales se cargan de electricidad por simple frotamiento.
Electrización *e denomina electrización al efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo eléctricamente neutro. 0. 1or contacto2 *e puede cargar un cuerpo neutro con solo tocarlo con otro pre%iamente cargado. n este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si se toca un cuerpo neutro con otro con carga positi%a, el primero debe quedar con carga positi%a. 3. 1or frotamiento2 (l frotar dos cuerpos eléctricamente neutros 4n-mero de electrones igual al n-mero de protones5, ambos se cargan, uno con carga positi%a y el otro con carga negati%a.
Carga eléctrica s una de las propiedades básicas de la materia. 6ealmente, la carga eléctrica de un cuerpo u ob'eto es la suma de las cargas de cada uno de sus constituyentes mínimos 4moléculas, átomos y partículas elementales5. 1or ello se dice que la carga eléctrica está cuantizada. xisten dos tipos de carga eléctrica, que se +an denominado cargas positi%as y negati%as. Las cargas eléctricas de la misma clase o signo se repelen mutuamente y las de signo distinto se atraen.
Principio de conservación c!antización de la carga Las cargas eléctricas solo se pueden producir por pare'as. La cantidad total de las cargas eléctricas positi%as producidas en igual a la de las negati%as, es decir, la cantidad total de carga eléctrica en cualquier proceso permanece constante. (demás, cualquier carga localizada en un cuerpo siempre es m-ltiplo entero de la unidad natural de carga, la del electrón.
E"e#plos de $enó#enos electroest%ticos 0. 1oniendo muy próximos dos péndulos eléctricos tocados con %idrio frotado, se obser%a una repulsión mutua) si los dos se +an tocado con resina frotada, la repulsión se origina análogamente) si uno de los dos péndulos se +a puesto en
contacto con resina frotada y el otro con %idrio, se produce una mutua atracción.
3. Cuando frotamos una barra de %idrio con un pa/o. Lo que +emos +ec+o es arrancar cargas negati%as de la barra que +an quedado atrapadas en el pa/o, por lo que la barra inicialmente neutra +a quedado con defecto de cargas negati%as 4cargada positi%amente5 y el pa/o con un exceso de cargas negati%as, en el sistema total %idrio7pa/o, la carga eléctrica no se +a modificado, -nicamente se +a redistribuido.
8. Cuando caminas por alfombra y tocas el pi%ote de la puerta metálico. *ientes una descargaeléctrica.
9. Cuando te peinas con un peine puedes recoger pedacitos de papel con el peine.: ;. . &tro e'emplo lo tenemos en los %e+ículos, que al desplazarse a tra%és de la masa de aire que lo rodea, adquieren carga estática. Cuando eso ocurre podemos llegar a sentir una descarga o calambrazo eléctrico en el cuerpo al tocar alguna de las partes metálicas del %e+ículo.
AL&'NAS APLICACIONES (E LA ELECTROSTATICA
)ERO&RAFIA Las máquinas fotocopiadoras e impresoras láser +acen uso práctico de la carga eléctrica estática. *u principio de funcionamiento se basa en que un rayo de luz ilumina la imagen o texto por medio de un proceso de escaneo y la transfieren a un tambor fotosensible como carga estática. l pol%o de impresión o toner , que posee características magnéticas, al pasar al tambor se ad+iere a las partes sensibilizadas por el rayo de luz. ( continuación cuando el papel pasa por el tambor fotosensible, el pol%o del toner se desprende y se ad+iere a su superficie, transfiriendo así todo el contenido del tambor. 1ara que el pol%o del toner no se desprenda del papel antes de salir de la fotocopiadora o impresora, se +ace pasar por un rodillo caliente que se encarga de fi'arlo de forma permanente.
PRECIPITA(OR ELECTROST*TICO
La figura muestra la idea básica de un precipitador electrostático. *e mantiene un alto %olta'e 4por lo com-n, de 9A B! a 0AA B!5 entre el alambre que corre +acia aba'o por el centro de un ducto y la pared exterior, la cual esta conectada a tierra. l alambre se mantiene a un potencial negati%o respecto de las paredes, por lo que el campo eléctrico se dirige +acia el alambre. l campo eléctrico cerca del alambre alcanza %alores suficientemente altos para producir una descarga en corona alrededor del alambre y la 7
formación de iones positi%os, electrones e iones negati%os, &3 . Cuando los electrones y
los iones negati%os se aceleran +acia la pared exterior por medio de un campo eléctrico no uniforme, las partículas de pol%o en la corriente de gas se cargan a partir de los c+oques y la captura de iones. 1uesto que la mayor parte de las partículas de pol%o cargadas son negati%as, pueden ser extraídas +acia la pared exterior mediante un campo eléctrico. (l sacudir de manera periódica el ducto, las partículas se desprenden y caen, y se agrupan en el fondo. (demás de reducir el ni%el de partículas de materias en la atmósfera, el precipitador electrostática recupera de la c+imenea materiales %aliosos en forma de óxidos metálicos.
APLICACIONES (E LA ELECTROSTATICA
PRESENTA(O POR &ERMAN NA+ARRO ,LANCO
PRO&RAMA IN&ENIERIA CI+IL
ASI&NAT'RA FISICA (E CAMPOS
PRESENTA(O A PROF- ,ERNAR(O N'.E/
&R'PO A(0
CORPORACION 'NI+ERSITARIA (E LA COSTA1 C'C ,ARRAN2'ILLA1 OCT',RE (E 0344
