Objetivos
Terminada la lección podrás:
- Definir lo que es la electricidad estática.
- Enumerar sus características.
- Explicar lo que es corriente de electrones.
- Ofrecer ejemplos de electricidad estática.
- Explicar las causas de la electricidad estática.
Definición
La electricidad estática es un fenómeno que se puede definir como la acumulación de cargas eléctricas en una zona de baja conductividad en la superficie de un material. A diferencia de la corriente eléctrica, donde las cargas se mueven de manera continua a través de un conductor, en la electricidad estática las cargas permanecen en un lugar hasta que encuentran una forma de descargarse.
Este fenómeno ocurre comúnmente en la naturaleza. Es el responsable de que tengamos tormentas eléctricas. Percibimos el flujo de los electrones a través de un rayo. La luz es emitida por electrones al cambiar de nivel energético.
Características de la electricidad estática:
- Acumulación de cargas: Se produce cuando dos materiales entran en contacto y luego se separan, lo que causa un desequilibrio de cargas. Un material puede perder electrones y volverse positivamente cargado, mientras que el otro gana electrones y se vuelve negativamente cargado.
- Descarga estática: Cuando las cargas acumuladas encuentran un camino conductor (como al tocar un objeto metálico), se produce una descarga eléctrica rápida. Por ejmplo, este es el chispazo que a veces sentimos al tocar algo después de caminar sobre una alfombra.
- Materiales aislantes: La electricidad estática tiende a acumularse en materiales aislantes, como el plástico o el vidrio, porque no permiten que las cargas se muevan fácilmente.
Ejemplos de electricidad estática:
- Descarga al tocar un objeto metálico: Después de caminar sobre una alfombra, puedes experimentar una pequeña descarga al tocar un metal, como una manija de puerta. Esto se debe a la acumulación de electricidad estática en tu cuerpo, que se descarga al encontrar un camino conductor.
- Frotar un globo en el cabello: Cuando frotas un globo contra tu cabello, el globo recoge electrones del cabello, generando una carga estática. Esto puede hacer que el cabello se levante o que el globo se adhiera a una pared.
- Relámpagos: Los rayos son un ejemplo extremo de electricidad estática en la naturaleza. Se producen cuando las nubes acumulan cargas eléctricas, y cuando la diferencia de potencial entre la nube y el suelo (o entre nubes) es lo suficientemente grande, se descarga en forma de un rayo.
Causas de la electricidad estática:
- Fricción: El contacto y la separación repetidos entre dos materiales, como frotar un globo contra una tela o caminar con zapatos de goma sobre una alfombra, genera cargas estáticas.
- Inducción: Un objeto cargado puede inducir una separación de cargas en otro objeto cercano, aunque no estén en contacto directo. Esto significa que aunque no hay un contacto directo las cargas son agrupadas y pueden ser descargadas
- Conducción: La transferencia de carga puede ocurrir al tocar un material cargado con un material conductor.
Aplicaciones y problemas:
- Aplicaciones: La electricidad estática se utiliza en algunos procesos industriales, como en impresoras láser y fotocopiadoras, donde se aprovecha para atraer partículas de tinta al papel.
- Problemas: En la vida cotidiana, la electricidad estática puede ser molesta (como los pequeños choques) o incluso peligrosa en industrias que manejan gases inflamables o productos electrónicos sensibles, donde una descarga estática podría causar explosiones o daños a los dispositivos.
En resumen, la electricidad estática es el resultado de la acumulación de cargas eléctricas en un objeto, generalmente por fricción o contacto. Aunque suele ser inofensiva y temporal, puede generar descargas visibles y tiene aplicaciones y riesgos importantes en ciertos contextos.
Corriente de electrones en la tierra
Se refiere al flujo de electrones a través de un material. La atmósfera terrestre recoje los electrones los cuales se concentran en las nubes y en la tierra. Los electrones pueden fluir desde la nube a la Tierra, desde la Tierra a la nube y entre nube y nube. Esto produce los rayos. Los rayos es el flujo de electrones a través de la atmósfera. Cuando esto ocurre se emite luz y el trueno es el sonido debido al paso inmediato de los electrones al moverse en enormes cantidades.
Flujo de Electrones
Una corriente de electrones es el flujo ordenado de electrones a través de un conductor, como un cable, cuando se aplica una diferencia de potencial (voltaje). Este flujo de electrones es lo que comúnmente llamamos corriente eléctrica.
Más ejemplos y cómo se manifiesta la electricidad
La electricidad estática es el resultado de la acumulación de cargas eléctricas en la superficie de un material, y se manifiesta en varios fenómenos cotidianos. Aquí tienes algunos ejemplos comunes de electricidad estática:
Ejemplos de electricidad estática:
Descarga al tocar un objeto metálico:
Después de caminar sobre una alfombra, especialmente con zapatos de goma, puedes acumular carga estática en tu cuerpo. Cuando tocas una superficie metálica, como una manija de puerta, esa carga se descarga repentinamente, lo que genera una pequeña descarga eléctrica que puede sentirse como un pequeño “choque”.
Frotar un globo en el cabello:
Al frotar un globo contra tu cabello, los electrones se transfieren del cabello al globo, lo que hace que el cabello quede cargado positivamente y el globo negativamente. Esto provoca que el cabello se “levante” hacia el globo debido a la atracción de las cargas opuestas.
Chispas en la ropa seca:
Cuando te quitas una prenda de ropa de fibras sintéticas o lana, especialmente después de haberla secado en una secadora, puedes notar pequeñas chispas o escuchar un chasquido. Esto sucede porque la fricción entre las fibras produce una acumulación de carga estática.
Papel pegado a una pantalla:
Si acercas pequeños trozos de papel a una pantalla de televisor o monitor de computadora de tubo (CRT) después de apagarla, es posible que veas cómo el papel se adhiere a la pantalla. Esto ocurre porque la pantalla queda cargada eléctricamente después de su uso, y el papel es atraído por esa carga estática.
Levitación de pequeñas partículas:
Las cargas estáticas pueden hacer que pequeñas partículas, como pedazos de polvo o confeti, sean atraídas o repulsadas por objetos cargados, como el vidrio o el plástico. Un globo cargado estáticamente puede hacer que estas partículas “dancen” en el aire.
Relámpagos:
Los rayos son un ejemplo extremo de electricidad estática en la naturaleza. Se producen cuando las nubes se cargan eléctricamente por fricción entre las partículas de agua y hielo dentro de ellas. Cuando la diferencia de potencial entre una nube y el suelo, o entre dos nubes, es suficientemente grande, ocurre una descarga masiva de electricidad en forma de rayo.
Carga estática en autos:
En climas secos, es común que las personas acumulen carga estática al entrar o salir de un automóvil, especialmente al frotarse contra los asientos de tela. Esta carga se descarga cuando la persona toca el metal del coche o algún objeto cercano.
Electricidad estática en la piel o cabello en ambientes secos:
En climas fríos o secos, la baja humedad puede aumentar la probabilidad de acumulación de carga estática en la piel o el cabello. Esto se debe a que el aire seco no disipa las cargas eléctricas tan fácilmente como el aire húmedo.
Resumen
La electricidad estática es un fenómeno cotidiano que puede experimentarse en situaciones como la fricción entre materiales, la manipulación de ropa o incluso durante fenómenos naturales como los rayos. Aunque a menudo es inofensiva, en algunos casos puede causar descargas notables o pequeños choques eléctricos.
Simulación 1: Uno o dos globos y la electricidad estática
Utiliza la simulación para explicar la relación entre la electriciad estática, la carga eléctrica y la fuerza eléctrica. Describe y dibuja los modelos de las cargas y los conceptos de transferencia, inducción, atracción, repulsión y tierra. Haz prediciones sobre la fuerza y la distancia.
Enlaces externos para explorar
- Simulaciones: PhET
- Conceptos de Física: Hyperphysics
- Tutorial de Física en Inglés: Physics Classroom
Vídeo
Explicación y demostración
Vídeo en clase
Mira lo que ocurre aquí, ¿puedes explicarlo?
