Electrostática y Electrización: Los 2 tipos que existen.
En este artículo, hablaremos sobre la electrostática y los dos tipos de electrización que existen: la electrización por fricción o frotamiento y la electrización por inducción, lo que nos permite explicar temas tan interesantes como los rayos. Anímate a continuar leyendo y a entender estos geniales conceptos de la física.
Electrostática
La electrostática es la parte de la física que estudia las cargas eléctricas en equilibrio o reposo. Cerca del año 600 a.C., los griegos ya se habían dado cuenta de que cuando se frota un trozo de ámbar (una piedra) con un trozo de lana, el ámbar atraía pequeños trozos de papel. El nombre que recibía el ámbar en la antigua Grecia era “electrón”, por lo que nombraron así a la atracción que experimentaban.
Esto demuestra que la electrostática (o electricidad estática) era bien conocida desde hace muchísimos años, pero el conocimiento quedó estancado durante casi dos mil años, pues recién en el Siglo XVIII los fenómenos relacionados con la electricidad y la electrostática comenzaron a estudiarse, en especial por Benjamin Franklin y otros sujetos.
Electrización por fricción
Cuando muchos átomos de un objeto ganan o pierden electrones (partículas negativas que orbitan alrededor del núcleo atómico), el objeto queda cargado eléctricamente.
Por ejemplo, si un objeto gana electrones, el mismo quedará cargado negativamente. Caso contrario ocurrirá si el objeto pierde electrones: el mismo quedará cargado positivamente (debido a que habrá mayor cantidad de protones que de electrones).
Lo que ocurría en la experiencia del ámbar y el trozo de lana es que, al frotar uno con otro, se produce una transferencia de electrones entre ellos. A esta transferencia de electrones desde un objeto a otro por frotamiento se llama electrización por fricción.
Los materiales que al frotarlos se cargan negativamente se clasifican como plásticos y los que se cargan positivamente se clasifican como vítreos.
Electrización por inducción
Existen otros tipos de electrización, como la electrización por inducción, según la cual ocurre un proceso muy interesante. Al acercar una varilla previamente cargada (con carga negativa) a una esfera de metal neutra, las cargas de dicha esfera se redistribuyen. Así, las cargas negativas de la esfera se “alejan” lo más posible de la varilla (puesto que dos cargas iguales tienden a alejarse unas de otras).
Otro ejemplo sucede en el típico experimento en el que una regla de plástico es frotada contra el cabello de una persona y se carga eléctricamente. Luego, se acerca dicha regla a pedacitos de papel y estos se ven atraídos hacia la regla. Unos segundos más tarde, los papelitos se despegan pues disminuye la fuerza electrostática al pasar las cargas eléctricas de la regla a los papelitos.
El electroscopio
El electroscopio es un aparato que se utiliza para poner en evidencia las cargas eléctricas. Este aparato consiste en una varilla metálica que termina en su parte superior en una esfera de metal y cuyo extremo inferior está unido a dos láminas de oro (o aluminio) sumamente finas.
Estas láminas están contenidas en una botella de vidrio herméticamente cerrada. Si la esfera del electroscopio se pone en contacto con una varilla de vidrio cargada, se verá que las láminas de metal se separan.
Este efecto es producto de que las cargas de la barra de vidrio han pasado a través de la varilla hacia las láminas y generan repulsión entre ellas.
Los rayos
Completa:
En la formación de rayos, ocurren fenómenos de electrización. En particular, entre las nubes ocurre una electrización por fricción debido a que las nubes rozan entre sí. Consecuentemente, las nubes se cargan con carga negativa. En el suelo, originalmente el piso se encontraba neutro.
Sin embargo, ocurre una electrización por inducción debido a que el cielo presenta carga negativa. Esto hace que las cargas negativas del suelo se alejen de las nubes por presentar misma carga eléctrica. Las cargas positivas de la tierra quedan acumuladas tanto en la parte superior del suelo como en las partes más altas, por ejemplo edificios o árboles.
Es por ello que, ahora, se genera un rayo debido a que las cargas eléctricas se sienten atraídas entre sí.
¡Experimentemos con la electrización!
Un sencillo experimento nos muestra que la electrización puede ser mágica. Es hora de ¡doblar las aguas! No es lo mismo que separar las aguas, pero puede llegar a asombrar a los más pequeños. Utilicemos conceptos de electrostática para poder entenderlo. ¡Comencemos!
Hipótesis:
La trayectoria de un chorro de agua de carácter laminar se verá afectado por la presencia de cargas eléctricas cercanas.
Introducción
La molécula de agua presenta uniones químicas covalentes, debida a la diferente electronegatividad que tienen los átomos de hidrógeno y oxígeno que la componen. Las moléculas de agua no son simétricas.
Si bien las moléculas de agua son neutras, debido a que las cargas no están distribuidas uniformemente, se presenta la particular asimetría. Sus átomos (dos hidrógenos y un oxígeno) están dispuestas de una manera específica en el espacio, tal como muestra la figura 1, haciendo que presente una pronunciada polaridad. En un campo eléctrico, las moléculas tienden a orientarse en el espacio dependiendo de las cargas. Cuando dos cargas opuestas se aproximan, se atraen.
Materiales:
- Una canilla con agua corriente.
- Una regla de plástico.
- Paño de seda.
Procedimiento y Resultados:
- Electrizar por frotamiento (contra el cabello o un paño de seda) una regla de plástico, haciéndola frotar varias veces.
- Abrir la canilla de agua corriente hasta que salga un chorro de carácter laminar (es decir, que no sea turbulento).
- Acercar la regla cargada negativamente por electrización al chorro de agua laminar y observar lo que sucede.
Conclusión
La hipótesis es cierta: el chorro de agua laminar se inclina levemente hacia la regla. Esto sucede debido a que existe una atracción electrostática entre las moléculas de agua y los electrones de la regla cargada negativamente por electrización, lo que hace que se modifique la trayectoria del agua. Cuando se acerca un objeto cargado al chorro de agua, las moléculas (claramente polares) se orientan y el objeto cargado negativamente atrae al extremo de las moléculas de agua que tienen signo contrario. Esto resulta en que el chorro se desvíe.
¡Parece magia!
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¿Te animás a experimentar en casa?
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Fuente:
Cadenas Llamas; ¿Cómo desviar un chorro de agua sin tocarlo?; Universidad Virtual del Estado de Michoacán; México; 2015.