Electricidad y carga eléctrica: conceptos básicos y aplicaciones

 Los antiguos griegos llamaron «elektron» al ámbar, una resina fósil que adquiría la propiedad de atraer pequeños cuerpos al frotarlo con un paño. En el Siglo XVI, William Gilbert descubríó que otras sustancias como el vidrio también podían adquirir esta propiedad, lo que se denominó electricidad.
Se descubríó que dos cuerpos con la misma clase de electricidad se repelían, mientras que los de distinta electricidad se atraían. Desde el Siglo XVIII, la electricidad se convirtió en una forma de energía esencial para la sociedad, utilizada en diversas aplicaciones cotidianas. Actualmente, se utiliza el término «carga eléctrica» para referirse a la propiedad presente en protones y electrones, que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión.

Electrostática


  Es la rama de la física que se dedica al estudio del comportamiento de las cargas eléctricas en reposo.

La electrización es la acumulación de carga eléctrica, positiva o negativa, en un material aislante o conductor, por ejemplo en la piel de nuestro cuerpo.


La acumulación de cargaeléctrica esbásicamente en la parte más prominente de los objetos, como puntas o en la superficie esféricos de forma uniforme. 

La carga es una magnitud medible y cuantificable. En el Sistema Internacional, la unidad de carga eléctrica es el culombio, C, que equivale a la carga eléctrica de unos seis trillones de electrones.

1 C = 6,24 x 1018 electrones.

Mediantes estudios se ha comprobado:

  • Las cargas eléctricas del mismo signo se repelen, y las cargas de signos opuestos se atraen:

    Primer Principio de la electrostática

  • La carga eléctrica no puede ser creada ni destruida. Solo es posible transferirla desde un cuerpo hacia otro. En un sistema eléctricamente aislado, la suma algebraica de las cargas positivas y negativas es constante:

    Segundo Principio de la electrostática


Formulas: 

Ley de columb: 


Campo eléctrico: 

E= f/q0

F= K . Q/d2

F= K . Q . Q0 /d2

Sufijos: Miliculombio. 1 mC = 10-³C

u: Micro: 10-6

N: nano: 10-4


Los cuerpos están constituidos por diferentes materiales que conducen de diferente modo la carga eléctrica. Al estudiar la conducción de la carga eléctrica, pueden distinguirse distintos tipos de materiales:

  • Conductores


    Son materiales en los que las cargas, los electrones libres del material pueden moverse libremente, aunque se observa que tienden a ubicarse en la superficie de los cuerpos y no en su interior.

Son conductores, por ejemplo, los metales y las aleaciones, el cuerpo humano y la Tierra. 

  • Semiconductores


    Antiguamente, a los materiales que no eran ni buenos conductores ni buenos aislantes (por ejemplo, la madera), se los conocía como semiconductores. Actualmente, tal denominación se usa solo para ciertos elementos (como el germanio y el silicio) que se utilizan en la industria electrónica para fabricar, por ejemplo, transistores


  • Superconductores


    A muy bajas temperaturas, los electrones de ciertos materiales se pueden mover incesantemente, lo que favorece mucho la transmisión de la electricidad, Estos materiales se denominan superconductores.

  • Aislantes

    Son materiales o sustancias que no poseen electrones libres,  por lo tanto, no será posible el desplazamiento de carga eléctrica libre a través de estos cuerpos, por lo que se denominan aislantes. La porcelana, el caucho (o hule), el vidrio, el plástico, el papel, la madera, etc.


¿Cómo se electrizan los cuerpos?


Para que los cuerpos se electricen (es decir para que adquieran carga neta distinta de cero) debe producirse una interacción entre ellos. Esa interacción puede realizarse de tres formas diferentes: por contacto, por frotamiento y por inducción. 

Método de contacto


Al tocar un cuerpo eléctricamente neutro con otro cuerpo que está cargado negativamente, parte de las cargas en exceso que tiene este último pasan al otro cuerpo dejándolo también Cargado. En este caso , los dos cuerpos quedan cargados con el mismo tipo de carga. Una vez segurados los cuerpos, el total de la carga corresponderá a la que tenia el cuerpo inicialmente cargado.



-Método de rasgos por frotamiento / fricción

En el proceso de carga por fricción al frotar algunos materiales aislantes con tela o piel resultan cargados eléctricamente con carga electeica de diferente signo por tranferencia de electrones: Este proceso se llama carga por fricción.La transferencia de electiones se debe al contacto entre los materiales.

Método de carga por inducción

En el procedimiento de carga por inducción , la electrización presente en un cuerpo es provocado por la aproximación de otro cuerpo cargado llamado inductor. Si acercamos un objeto cargado a una superficie conductora, los electrones se mueven en la superficie del Material , aunque no haya contacto físico: Este efecto se conoce como polarización.


CAMPO ELÉCTRICO (E)


  • Al espacio que rodea un cuerpo cargado en donde se aprecian interacciones eléctricas: Se llama campo eléctrico

    E


    Se puede decir que todo cuerpo cargado crea un campo eléctrico en el espacio que lo rodea.
  • Para averiguar experimentalmente si hay un campo eléctrico en un punto específico, colocamos un pequeño cuerpo cargado, al que llamamos carga de prueba, q0. Si la carga de prueba experimenta una fuerza eléctrica, entonces en ese punto existe un campo eléctrico. Este campo lo produce una cantidad Q de cargas eléctricas, distinta de q0.
  • Llamamos intensidad del campo eléctrico en un punto del espacio a la fuerza que experimenta la unidad de carga positiva colocada en ese punto.


  • La unidad de intensidad del campo eléctrico en el SI es el Newton por coulomb (N/C).
  • Es una magnitud vectorial, ya que está definido como la fuerza que actúa sobre la unidad de carga positiva.
  • Toda  carga puntual Q produce un campo eléctrico en todos los puntos del espacio que la rodea.
  • La intensidad del campo disminuye conforme la distancia aumenta.
  • Un campo eléctrico tiene tanto magnitud (intensidad) como dirección. Se utilizan vectores, llamados líneas de fuerzas para representar la dirección del campo eléctrico. 

  • Por definición, el campo eléctrico de una carga puntual siempre tiene una dirección que se aleja de una carga positiva, pero se acerca hacia una carga negativa. Estas se denominan líneas de fuerzas.



CÓMO ELIMINAR LA CARGA Y LA ELECTRIZACIÓN ESTÁTICA DE LA PIEL

 La acumulación de carga eléctrica puede ocurrir y ocurre en la piel de nuestro cuerpo; seguramente muchas veces habrás sentido esta descarga de electricidad en tu piel, que por cierto no es nada agradable.

 La manera más fácil de eliminar una carga estática del cuerpo es tocando un objeto conectado a tierra o simplemente tocando la pared de la habitación.

Seguramente has notado, sobre todo en invierno, que todo lo que tocas te provoca un choque eléctrico, provocando de esta manera pequeñas descargas eléctricas en tu cuerpo, que pueden provocar una gran y molesta sacudida para el sistema.

Afortunadamente, no hace falta que nos acostumbremos a estos pequeños choques eléctricos en nuestra piel, pues existen distintas maneras de poder minimizarlos o prácticamente de quitar esta electricidad estática.

A continuación, te damos algunos consejos, que te ayudarán a sobrellevar y evitar, en un futuro, la sensación de la electricidad estática en tu piel y en sí en todo tu cuerpo.


REVENCIÓN ESTÁTICA

  • Para evitar la acumulación de electricidad estática, toma medidas para reducir la cantidad de fricción potencial en un espacio dado. Una de las formas más sencillas de hacerlo es aplicar humectante sobre la piel seca, especialmente durante el invierno, cuando el aire frío y seco permite que los electrones viajen con mayor facilidad.
  • También puedes usar un ionizador para reequilibrar los electrones perdidos en una habitación y evitar la acumulación de electricidad estática.
     
  • La ropa puede ser un problema, sobretodo la sintética (poliéster y nylon) pues es uno de los materiales que producen electricidad estática, sobre todo en los meses de invierno. La fricción de la ropa sintética con tu cuerpo puede generar descargas eléctricas con mayor facilidad que otro tipo de material, es por este motivo lo más conveniente será utilizar prendas de algodón, como medias de algodón, y evita utilizar abrigos de lana.
  • Utilizar calzado con suela de goma. Por lo menos te recomendamos utilizarlo para ir a realizar las compras al supermercado, porque muchas veces los carros de compra pueden causar mucha electricidad estática en la piel.


  • Toca la estructura de metal del coche: Aunque no lo creas, tocar con la llave la estructura de metal del coche, antes de salir del mismo, te ayudará bastante con el choque estático en tu cuerpo.
  • Además, cuando te encuentres en casa, también puedes realizar ciertas acciones para poder evitar malos momentos y no tener ningún tipo de riesgocon el choque de la electricidad estática, usar un humidificador para lograr que el aire se seque un poco menos y de esta manera poder reducir la posibilidad de recibir descargas en el hogar. Se aconseja mantener el aire por encima de un 30% de humedad relativa, aunque sería mucho mejor un 50%. En el mercado existen muchos humidificadores, siendo esta una buena inversión para tu hogar.
  • Si tu pelo tiene tendencia a encresparse, será bueno que sepas, cómo quitar la electricidad estática del pelo, entonces lo mejor será que uses un buen acondicionador.
  • Si te encuentras en casa. La manera más rápida de deshacerte de la electricidad estática en tu cuerpo es quitarte los zapatos y calcetines y quedarte quieto en el suelo.


Rayos

Las nubes adquieren diferentes cargas en distintas regiones y generalmente en la parte inferior hay carga negativa, entonces se induce una carga contraria en la superficie terrestre. En algún momento, el relámpago reduce esta diferencia de carga o tensión ionizando el aire y permitiendo que exista un flujo de carga ente la nube y la tierra. Sin embargo, el aire es un buen aislante, entonces el campo eléctrico sebe ser muy fuerte para que la ionización ocurra conforme el relámpago se acerca a la Tierra, los iones con cargas positivas surgen de los arboles, los edificios altos o el suelo en formas de «serpentina» para encontrarse con el, y cuando entran en contacto, los electrones a lo largo del canal del relámpago fluyen hacia abajo, producíéndose la descarga eléctrica.

Benjamín Franklin invento el pararrayos. Durante una tormenta hizo volar una cometa y descubríó la naturaleza eléctrica del relámpago. El pararrayos consiste en una varilla metálica, conectado mediante un cable a una varilla metálica puesta en la Tierra. Así, la punta de la varilla elevada con su carga (+) inducida y gran campo eléctrico atrae el relámpago y lo descarga a la tierra.

La polarización de la nube induce una carga en la superficie de la tierra.

1×10N/C: valor limite del campo eléctrico entre las nubes y la tierra previa a la caída del rayo.


Pistola Taser:

Estas pistolas generan una separación de carga utilizando baterías y circuitos internos. Estos circuitos producen una gran polarización de carga, es decir, cargas iguales y opuestas en los electrodos. Se utilizan para someter a delincuentes, y no causen daños permanentes. Aunque no se recomienda su uso en niños, embarazadas, ancianos. Se aplican los electrodos al cuerpo y el campo eléctrico interrumpe las señales eléctricas en los nervios que controlan al musculo, paralizándolo.

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