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, y a veces oculto y útil, como cuando lo aprovechan los dispositivos electrónicos de tu teléfono celular. Los meses secos de invierno son la temporada alta para una molesta desventaja de la electricidad estática:descargas eléctricas como pequeños rayos cada vez que tocas los pomos de las puertas o las mantas calientes recién sacadas de la secadora.
La electricidad estática es uno de los fenómenos científicos más antiguos observados y descritos por el hombre. El filósofo griego Tales de Mileto hizo el primer relato; en su siglo VI a.E.C. En sus escritos, señaló que si se frota el ámbar con suficiente fuerza, pequeñas partículas de polvo comenzarán a adherirse a él. Trescientos años después, Teofrasto continuó los experimentos de Tales frotando varios tipos de piedras y también observó el "poder de atracción". Pero ninguno de estos filósofos naturales encontró una explicación satisfactoria para 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 apenas usando la atracción estática.
Basándonos en los conocimientos de Franklin, incluida su comprensión de que la carga eléctrica se presenta 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 minirrelámpagos y cómo aprovecharla. lo que puede ser una molestia para su uso en diversas tecnologías modernas.
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La electricidad estática se reduce a la fuerza interactiva entre cargas eléctricas. A escala atómica, las cargas negativas son transportadas por pequeñas 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 blando y vivo de su cuerpo. Sin embargo, muchos electrones también se encuentran en la superficie de cualquier material. Cada material diferente retiene estos electrones superficiales con su propia fuerza característica diferente. Si dos materiales se frotan entre sí, los electrones pueden ser arrancados del material "más débil" y encontrarse en el material con mayor fuerza de unión.
Esta transferencia de electrones (lo que conocemos como chispa de electricidad estática) ocurre todo el tiempo. Ejemplos notorios son los niños deslizándose por un tobogán en el patio de recreo, los pies arrastrando los pies sobre 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 del aire húmedo, no pueden encontrar la manera de regresar a la superficie de donde vinieron y no pueden hacer que la distribución de cargas vuelva a ser uniforme.
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 acumularon (como en ti después de caminar sobre una alfombra de lana) hasta el siguiente objeto con el que entras en contacto 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 al que ir, como tu dedo extendido, y seguramente sentirás el impacto.
Aunque a veces resulta molesto, la cantidad de carga de 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 enormes voltajes no son nada de qué preocuparse, ya que el voltaje es solo una medida de la diferencia de carga entre objetos. La cantidad "peligrosa" es la corriente, que indica cuántos electrones fluyen. Dado que normalmente sólo se transmiten unos pocos electrones en una descarga eléctrica estática, estas descargas son bastante inofensivas.
Sin embargo, estas pequeñas chispas pueden ser fatales para los componentes electrónicos sensibles, como los componentes de hardware de una computadora. Pequeñas corrientes transportadas por sólo 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 por cable para que los electrones parezcan una carretera vacía "a casa". Conectarse a tierra también es fácil tocando un componente metálico o sosteniendo una llave en la mano. Los metales son muy buenos conductores, por lo que los electrones están encantados 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 los surtidores de las gasolineras; No querrás que una chispa perdida queme los vapores de gasolina perdidos. O puede invertir en el tipo de pulsera antiestática que utilizan ampliamente los trabajadores de las industrias electrónicas para poner a tierra de forma segura a las personas antes de trabajar con componentes electrónicos muy sensibles. Previenen la acumulación de estática mediante una cinta conductora que se enrolla alrededor de la muñeca.
En la vida cotidiana, el mejor método para reducir la acumulación de carga es utilizar un humidificador para aumentar la cantidad de humedad en el aire. Además, mantener la piel húmeda aplicando crema hidratante puede marcar una gran diferencia. Las toallitas para secadora evitan que se acumulen cargas mientras la ropa se seca en la secadora esparciendo una pequeña cantidad de suavizante sobre la tela. Estas partículas positivas equilibran los electrones sueltos y la carga efectiva se anula, lo que significa que la ropa no saldrá de la secadora pegada una a otra. También puedes frotar suavizante de telas en tus alfombras para evitar la acumulación de carga. Por último, usar ropa de algodón y zapatos con suela de cuero es mejor que ropa de lana y zapatos con suela de goma.
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 al papel. Los ambientadores no sólo hacen que la habitación huela bien, sino que también eliminan los malos olores descargando electricidad estática sobre las partículas de polvo, disimulando así el mal olor.
De manera similar, las chimeneas de las fábricas modernas utilizan placas cargadas para reducir la contaminación. A medida que las partículas de humo ascienden por la chimenea, recogen cargas negativas de una rejilla metálica. Una vez cargados, son atraídos por placas situadas 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 introducido en la nanotecnología, donde se utiliza, por ejemplo, para captar átomos individuales mediante rayos láser. Luego, estos átomos pueden manipularse para todo tipo de propósitos, como en diversas aplicaciones informáticas. Otra aplicación interesante de la nanotecnología es el control de nanoglobos, que mediante electricidad estática se pueden cambiar entre un estado inflado y otro colapsado. Estas máquinas moleculares algún día podrían administrar medicamentos a tejidos específicos del cuerpo.
La electricidad estática ha transcurrido dos milenios y medio desde su descubrimiento. Sigue siendo 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 escrito como coautor de Muhammed Ibrahim, quien está realizando una investigación colaborativa con Deffner sobre la reducción de errores computacionales en las memorias cuánticas.
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