La electricidad estática es una parte omnipresente de la vida cotidiana. Está a nuestro alrededor, a veces divertido y obvio, como cuando te pone los pelos de punta, a veces escondido y útil, como cuando lo controlan los dispositivos electrónicos de tu teléfono celular. Los meses secos de invierno son la temporada alta para un inconveniente molesto de la electricidad estática: descargas eléctricas como pequeños relámpagos cada vez que toca los pomos de las puertas o las mantas calientes recién sacadas de la secadora de ropa.
La electricidad estática es uno de los fenómenos científicos más antiguos que la gente ha observado y descrito. El filósofo griego Tales de Mileto hizo el primer relato; en sus escritos del siglo VI a. C., señaló que si se frotaba el ámbar con suficiente fuerza, pequeñas partículas de polvo comenzarían a adherirse a él. Trescientos años después, Theophrastus siguió los experimentos de Thales frotando varios tipos de piedra y también observó el "poder de atracción". Pero ninguno de estos filósofos naturales encontró una explicación satisfactoria de lo que vieron.
Pasaron casi 2.000 años más antes de que se acuñara por primera vez la palabra inglesa "electricidad", basada en el latín "electricus", que significa " como el ámbar ". Algunos de los experimentos más famosos fueron realizados por Benjamin Franklin en su búsqueda por comprender el mecanismo subyacente de la electricidad, que es una de las razones por las que su rostro sonríe ante el billete de 100 dólares. La gente reconoció rápidamente la utilidad potencial de la electricidad.
Por supuesto, en el siglo XVIII, la gente utilizaba principalmente la electricidad estática en trucos de magia y otras actuaciones. Por ejemplo, el experimento del " niño volador " de Stephen Gray se convirtió en una demostración pública popular: Gray usó un frasco de Leyden para cargar al joven, suspendido de cuerdas de seda, y luego mostró cómo podía pasar las páginas de un libro mediante electricidad estática o levantar objetos pequeños simplemente usando la atracción estática.
Sobre la base de las ideas de Franklin, incluida su comprensión de que la carga eléctrica viene en sabores positivos y negativos, y que la carga total siempre se conserva, ahora entendemos a nivel atómico qué causa la atracción electrostática, por qué puede causar mini relámpagos y cómo aprovecharlos. lo que puede ser una molestia para su uso en diversas tecnologías modernas.
¿Qué son estas diminutas chispas?
La electricidad estática se reduce a la fuerza interactiva entre cargas eléctricas . A escala atómica, las cargas negativas son transportadas por diminutas partículas elementales llamadas electrones. La mayoría de los electrones están cuidadosamente empaquetados dentro de la mayor parte de la materia, ya sea una piedra dura y sin vida o el tejido vivo y blando de su cuerpo. Sin embargo, muchos electrones también se asientan sobre la superficie de cualquier material. Cada material diferente se aferra a estos electrones de superficie con su propia fuerza característica diferente. Si dos materiales se frotan entre sí, los electrones pueden desprenderse del material "más débil" y encontrarse en el material con una fuerza de unión más fuerte.
Esta transferencia de electrones, lo que conocemos como una chispa de electricidad estática, ocurre todo el tiempo. Ejemplos infames son los niños que se deslizan por un tobogán del patio de recreo, los pies arrastrando los pies por una alfombra o alguien que se quita los guantes de lana para estrechar la mano.
Pero notamos su efecto con mayor frecuencia en los meses secos del invierno, cuando el aire tiene muy poca humedad . El aire seco es un aislante eléctrico, mientras que el aire húmedo actúa como conductor. Esto es lo que sucede: en el aire seco, los electrones quedan atrapados en la superficie con la fuerza de unión más fuerte. A diferencia de cuando el aire está húmedo, no pueden encontrar la manera de regresar a la superficie de donde vinieron y no pueden volver a uniformar la distribución de cargas.
Una chispa eléctrica estática ocurre cuando un objeto con un excedente de electrones negativos se acerca a otro objeto con menos carga negativa y el excedente de electrones es lo suficientemente grande como para hacer que los electrones "salten". Los electrones fluyen desde donde se han acumulado, como en ti después de caminar sobre una alfombra de lana, a la siguiente cosa con la que contactas que no tiene un exceso de electrones, como el pomo de una puerta.
Cuando los electrones no tienen adónde ir, la carga se acumula en las superficies, hasta que alcanza un máximo crítico y se descarga en forma de un pequeño rayo. Dale a los electrones un lugar adonde ir, como tu dedo extendido, y seguramente sentirás el zap.
El poder de las mini chispas
Aunque a veces es molesto, la cantidad de carga en la electricidad estática suele ser bastante pequeña y bastante inocente. El voltaje puede ser aproximadamente 100 veces el voltaje de las tomas de corriente típicas. Sin embargo, estos voltajes enormes no son nada de qué preocuparse, ya que el voltaje es solo una medida de la diferencia de carga entre los objetos. La cantidad "peligrosa" es la corriente, que indica cuántos electrones fluyen. Dado que normalmente solo se transmiten unos pocos electrones en una descarga eléctrica estática, estos zaps son bastante inofensivos .
Sin embargo, estas pequeñas chispas pueden ser fatales para la electrónica sensible, como los componentes de hardware de una computadora. Pequeñas corrientes transportadas por solo unos pocos electrones pueden ser suficientes para freírlos accidentalmente. Es por eso que los trabajadores de las industrias electrónicas tienen que permanecer conectados a tierra, que es esencialmente una conexión cableada para que los electrones parezcan un "hogar" en una carretera vacía. También es fácil conectarse a tierra tocando un componente metálico o sosteniendo una llave en la mano. Los metales son muy buenos conductores, por lo que los electrones están felices de ir allí.
Una amenaza más grave es una descarga eléctrica en las proximidades de gases inflamables. Por eso es recomendable conectarse a tierra antes de tocar las bombas en las estaciones de servicio; no desea que una chispa perdida queme los vapores de gasolina perdidos. O puede invertir en el tipo de pulsera antiestática ampliamente utilizada por los trabajadores de las industrias electrónicas para conectar a tierra de forma segura a las personas antes de que trabajen con componentes electrónicos muy sensibles. Evitan la acumulación de electricidad estática mediante una cinta conductora que se enrolla alrededor de su muñeca.
En la vida cotidiana, el mejor método para reducir la acumulación de carga es hacer funcionar un humidificador para aumentar la cantidad de humedad en el aire. Además, mantener la piel húmeda aplicando un humectante puede marcar una gran diferencia. Las hojas de la secadora evitan que las cargas se acumulen mientras la ropa se seca en la secadora al esparcir una pequeña cantidad de suavizante de telas sobre el paño. Estas partículas positivas equilibran los electrones sueltos y la carga efectiva se anula, lo que significa que su ropa no saldrá de la secadora pegada entre sí. También puede frotar suavizante de telas en sus alfombras para evitar la acumulación de carga. Finalmente, usar ropa de algodón y zapatos con suela de cuero es mejor que la ropa de lana y zapatos con suela de goma.
Aprovechamiento de la electricidad estática
A pesar de las molestias y los posibles peligros de la electricidad estática, definitivamente tiene sus beneficios.
Muchas aplicaciones cotidianas de la tecnología moderna dependen fundamentalmente de la electricidad estática. Por ejemplo, las fotocopiadoras utilizan la atracción eléctrica para "pegar" partículas de tono cargadas en el papel. Los ambientadores no solo hacen que la habitación huela bien, sino que también eliminan los malos olores al descargar electricidad estática sobre las partículas de polvo, disimulando así el mal olor.
Del mismo modo, las chimeneas que se encuentran en las fábricas modernas utilizan placas cargadas para reducir la contaminación. A medida que las partículas de humo suben por la pila, recogen cargas negativas de una rejilla metálica. Una vez cargados, son atraídos por placas en los otros lados de la chimenea que están cargadas positivamente. Finalmente, las partículas de humo cargadas se recogen en una bandeja de las placas colectoras que se pueden desechar.
La electricidad estática también se ha abierto camino en la nanotecnología , donde se utiliza, por ejemplo, para captar átomos individuales mediante rayos láser. Estos átomos pueden manipularse para todo tipo de propósitos, como en diversas aplicaciones informáticas. Otra aplicación interesante en nanotecnología es el control de nanoglobos , que mediante la electricidad estática se pueden cambiar entre un estado inflado y uno colapsado. Estas máquinas moleculares algún día podrían administrar medicamentos a tejidos específicos dentro del cuerpo.
La electricidad estática ha pasado dos milenios y medio desde su descubrimiento. Aún así, es una curiosidad y una molestia, pero también se ha demostrado que es importante para nuestra vida cotidiana.
Sebastian Deffner es profesor asistente de física en la Universidad de Maryland, condado de Baltimore. Este artículo fue coautor de Muhammed Ibrahim, quien está realizando una investigación colaborativa con Deffner sobre la reducción de errores computacionales en las memorias cuánticas.
Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Puedes encontrar el artículo original aquí .
