Electricidad estática: concepto, cómo se produce, ejemplos
¿Qué es la electricidad estática?
La electricidad estática es un fenómeno natural que surge cuando un material ha perdido o ganado electrones. Sucede con frecuencia en los aislantes, pero los metales también pueden retener la carga eléctrica en ocasiones.
Es una situación temporal, ya que el desequilibrio de cargas se restablece en breve, cuando el material cargado cede el exceso de electrones o bien toma electrones para recuperar la neutralidad.
El fenómeno de la electricidad estática está estrechamente vinculado a la estructura de la materia. Los átomos de cualquier sustancia, sea gas, líquido o sólido consisten en un núcleo de protones con carga positiva y neutrones sin carga, orbitados por electrones de carga negativa.
Por lo general los materiales se encuentran en estado neutro, pero ocasionalmente, gracias al contacto con otros materiales, pueden perder o ganar electrones, causando que queden con una carga neta, positiva o negativa.
Los materiales que tienen facilidad para perder electrones quedan cargados positivamente, como el cabello, la lana y el vidrio, y aquellos que tienen tendencia a ganarlos, adquieren carga negativa, tales como el papel y los globos de plástico. Estas cargas no circulan, sino que permanecen en ciertas zonas del material, de allí que se las llame estáticas.
Las cargas eléctricas estáticas se rigen por un principio fundamental: las cargas de signos contrarios se atraen y las cargas del mismo signo se repelen.
Entonces, si un material cargado entra en contacto con otro que tenga carga de signo contrario, ocurre una atracción temporal, o bien aparece un chispazo, como consecuencia de la transferencia de electrones, que tiende a restaurar la neutralidad de los materiales.
¿Cómo se produce la electricidad estática?
Es frecuente que la fricción o rozamiento entre dos materiales de diferente naturaleza sea la causa de la electricidad estática, como se verá más adelante, en la sección de ejemplos. De esta forma, algunos materiales cederán electrones y otros los ganarán, generándose así una carga estática neta en cada uno.
Aparte de la fricción hay otras formas de producir electricidad estática.
Electrización por contacto y por inducción
Un objeto puede electrizarse por contacto directo con otro objeto cargado. Y si no hay contacto directo, sino un acercamiento, aun así los objetos se pueden cargar mediante inducción.
La inducción eléctrica se observa en los metales, pues estos tienen electrones libres que se mueven por todo el material. Si a un objeto metálico en estado neutro se le acerca un objeto con carga positiva, los electrones en el metal se acumularán en la parte más cercana, y el efecto será de atracción.
Pero si al metal neutro se le acerca un objeto cargado negativamente, el efecto también será de atracción, porque los electrones del metal se concentrarán en la parte más alejada, dejando la región cercana con déficit de carga negativa, es decir, carga positiva.
Electricidad estática en el cuerpo y sus efectos
El cuerpo puede actuar como un condensador y acumular electricidad estática. Cuando se han acumulado suficientes cargas, el contacto con el agua contenida en el aire, que es un buen aislante, produce la descarga, siempre y cuando el porcentaje de humedad sea adecuado.
Pero si este porcentaje es bajo y el aire está muy seco, las cargas se siguen acumulando sin que la persona se dé cuenta, hasta que se le ocurre tocar algún objeto metálico como el pomo de una puerta, la puerta del coche o incluso a otra persona. La descarga produce una sensación de cosquilleo desagradable que puede causar sobresalto.
Factores que afectan la acumulación de cargas
Las personas acumulan carga estática gracias a factores como:
- La manera de caminar o moverse y la clase de pavimento
- Tipo de suela del calzado
- Hacer contacto con cuerpos fáciles de cargar eléctricamente o campos eléctricos de cierta intensidad.
- El grado de humedad de la piel
- El porcentaje de humedad ambiental
- Uso de ropas a base de fibras sintéticas, además de guantes y calzado de goma.
Riesgos
Aparte de la sensación desagradable que produce la descarga, cotidianamente el riesgo no es excesivo, aunque las personas que usan marcapasos deben estar atentas.
Sin embargo, para quienes trabajan con sustancias de fácil ignición, es preciso tomar precauciones especiales para evitar explosiones e incendios accidentales.
Existe también el riesgo de tropezar, caerse o cometer un error al manejar una maquinaria, luego de que el operario recibe la descarga.
Por otro lado, la electricidad estática hace que se acumule polvo que obstruye ductos y filtros, causando numerosos incovenientes en la operación de maquinarias y mal funcionamiento en partes eléctricas y electrónicas.
Ejemplos de electricidad estática
Hojas de papel
En ocasiones, las hojas de papel que pasan a través del mecanismo de la impresora se quedan pegadas. Se debe a la fricción entre las hojas y los rodillos de las impresoras, cuando al rozarse, electrones del material con que están hechos los rodillos pasan al papel y viceversa.
Ropa en la secadora
Si la ropa recién lavada se pone a secar en la secadora eléctrica sin suavizante, las camisas y los calcetines suelen pegarse. Al despegarlas se escuchan unos chasquidos y nuevamente, la responsable es la fricción, que separa electrones de algunas telas y hace que pasen a otras.
Ámbar
Al frotar un trozo de ámbar con un paño de lana, este es capaz de atraer pedacitos de papel, al igual que ocurre con un peine que se ha pasado por el cabello
Automóviles
Los coches pueden acumular carga eléctrica. Ya se ha visto que los aislantes se cargan y retienen la carga, pero los metales también pueden hacerlo si están aislados del suelo, y las ruedas del auto son de goma. Una persona que toque la chapa metálica cargada continúa el circuito hacia tierra y percibe una breve descarga eléctrica.
La fotocopiadora
El papel de la fotocopiadora se carga estáticamente con un patrón de cargas que duplica la imagen que se quiere copiar. El carbón que se utiliza en la tinta tiene carga de signo contrario, por lo que se adhiere al patrón del papel para formar la imagen.
Impresora láser
El patrón de la imagen se forma en un tambor sensible a la luz de la impresora, el cual es iluminado con un rayo láser.
El tambor gira y el haz de láser ilumina ciertas zonas, en concordancia con el patrón de la imagen, y al hacerlo, les confiere carga negativa. Por su parte, el tóner es un polvillo de grafito con tendencia electro-positiva, que se adhiere al patrón creado por el láser en el tambor, luego de lo cual el polvillo se transfiere al papel para formar la imagen.
Pintura en aerosol
En el pulverizador de una pistola para pintar, cada gota de pintura se carga positivamente para que se repelan entre sí, haciendo más fácil que se extiendan sobre la superficie a pintar y lo hagan de manera más uniforme. Si la superficie a pintar es metálica, entonces se le carga negativamente para que las gotitas de pintura sean atraídas hasta la superficie.
Nubes
En las nubes hay gotas de agua y partículas de polvo, que el viento remueve constantemente. Las constantes colisiones hacen que las cargas eléctricas se separen, ocupando distintas regiones de la nube, pero la misma fricción del aire luego impide que las distintas cargas se atraigan.
Cuando finalmente se alcanza una carga crítica, se produce la descarga eléctrica entre las nubes y la Tierra, que por cierto también es conductora. Desde la Tierra hasta las nubes también se abren canales por los que circulan las cargas, que interactúan con las moléculas del aire a gran temperatura, produciendo el rayo. La onda de choque generada es la que produce el estampido del trueno.