Electrostática para niños
La electrostática es una parte de la física que estudia las cargas eléctricas cuando están en reposo, es decir, cuando no se mueven. Imagina que tienes un objeto con carga eléctrica; la electrostática se encarga de entender cómo interactúan esos objetos entre sí, ya sea atrayéndose o repeliéndose.
La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia. Es la razón por la que ocurren los fenómenos electrostáticos, como cuando un globo frotado se pega a la pared.
Históricamente, la electrostática fue la primera parte del electromagnetismo en ser estudiada. Científicos como Charles-Augustin de Coulomb en el XVIII y James Clerk Maxwell en el XIX ayudaron a entender y explicar cómo funcionan las cargas eléctricas en reposo. Sus descubrimientos nos mostraron que la electrostática y el magnetismo son parte de un mismo gran campo de estudio: el electromagnetismo.
Contenido
¿Cómo se descubrió la electricidad estática?
Hace mucho tiempo, alrededor del año 600 antes de Cristo, un filósofo griego llamado Tales de Mileto descubrió algo interesante. Si frotaba un trozo de ámbar (una resina fósil), este material podía atraer objetos pequeños. La palabra "electricidad" viene de la palabra griega "élektron", que significa ámbar.
Más tarde, en el XVII, el científico británico William Gilbert usó por primera vez la palabra "electricidad". Otros investigadores, como el italiano Niccolo Cabeo, notaron que algunos objetos se atraían y otros se repelían después de ser frotados.
En 1672, el físico alemán Otto von Guericke creó la primera máquina capaz de producir y guardar electricidad estática frotando una bola de azufre. Luego, Francis Hawksbee mejoró esta máquina usando una esfera de vidrio.
En 1733, el francés Francois de Cisternay du Fay propuso que existían dos tipos de carga eléctrica: positiva y negativa. Él observó que:
- Los objetos frotados con ámbar se repelían entre sí.
- Los objetos frotados con vidrio también se repelían entre sí.
- Pero, los objetos frotados con ámbar atraían a los objetos frotados con vidrio.
Esto demostró que cargas diferentes se atraen y cargas iguales se repelen.
En 1745, se inventaron los primeros dispositivos para almacenar cargas, llamados condensadores o "botellas de Leyden". Estos fueron creados en la Universidad de Leiden por Ewald Jürgen Von Kleist y Pieter Van Musschenbroek.
En 1785, el físico francés Charles Coulomb publicó un estudio donde describió las fuerzas eléctricas de manera precisa. Él formuló la famosa ley de Coulomb, que explica cómo se atraen o repelen las cargas eléctricas.
Finalmente, en 1864, el físico escocés James Clerk Maxwell unió todas las leyes de la electricidad y el magnetismo en un conjunto de ecuaciones, lo que fue un gran avance.
¿Qué es la electricidad estática?
La electricidad estática es un fenómeno que ocurre cuando las cargas eléctricas se acumulan en un objeto. Esta acumulación puede causar una pequeña descarga eléctrica cuando el objeto toca otro.
Antes de 1832, los científicos pensaban que la electricidad estática era diferente de la electricidad que se obtenía de otras maneras. Pero Michael Faraday demostró que toda la electricidad es la misma, sin importar cómo se produzca.
La electricidad estática se genera cuando frotas ciertos materiales entre sí, como la lana contra el plástico o las suelas de tus zapatos contra una alfombra. Al frotar, los electrones (pequeñas partículas con carga negativa) se mueven de un material a otro. El material que gana electrones se carga negativamente, y el que los pierde se carga positivamente.
La electricidad estática se usa en muchas cosas, como en las fotocopiadoras (xerografía), en algunos filtros de aire y en la pintura de automóviles. Sin embargo, también puede dañar componentes electrónicos muy pequeños, por eso se usan dispositivos especiales para protegerlos.
Materiales: Aislantes y conductores
Los materiales se comportan de forma diferente cuando se trata de cargas eléctricas:
- Conductores: Son materiales, como los metales, donde los electrones pueden moverse libremente. Si pones carga en un conductor, esta se distribuye por todo el objeto.
- Aislantes: Son materiales, como el vidrio o el plástico, donde los electrones están fuertemente unidos a sus átomos y no pueden moverse fácilmente. Si pones carga en un aislante, esta se queda en el lugar donde la pusiste.
También existen los semiconductores, que son materiales intermedios. En condiciones normales, se comportan como aislantes, pero sus propiedades conductoras pueden cambiarse para usarlos en dispositivos electrónicos. Los superconductores son materiales especiales que, a temperaturas muy bajas, permiten que la electricidad fluya sin ninguna resistencia.
Máquinas para generar electricidad estática
Existen máquinas que producen electricidad estática con voltajes muy altos, pero con una corriente muy pequeña. Hoy en día, se usan principalmente para demostraciones en escuelas. Algunos ejemplos son el electróforo, la máquina de Wimshurst y el generador de Van de Graaff.
Cuando frotas dos objetos que no conducen electricidad, se puede generar mucha electricidad estática. Los materiales aislantes son buenos para generar y mantener estas cargas en su superficie.
¿Cómo se cargan los objetos?
Hay varias formas en que un objeto puede adquirir una carga eléctrica:
Carga por inducción
Esto ocurre cuando un objeto cargado se acerca a otro objeto sin tocarlo. El objeto cargado atrae o repele los electrones del segundo objeto, creando una zona con carga opuesta en la superficie cercana. Por ejemplo, si frotas un globo y lo acercas a una pared, el globo se pegará. Esto sucede porque los electrones del globo repelen los electrones de la pared, dejando una zona positiva en la pared que atrae al globo.
Carga por fricción
Cuando frotas dos materiales diferentes, como lana y resina, los electrones pueden pasar de un material a otro. El material que pierde electrones queda con carga positiva, y el que los gana queda con carga negativa. La fricción aumenta el contacto entre las superficies, lo que facilita la transferencia de electrones.
Carga por contacto
Si un objeto cargado toca un objeto neutro, parte de la carga del objeto cargado se transfiere al objeto neutro. Después del contacto, ambos objetos tendrán el mismo tipo de carga.
Usos y fenómenos de la electrostática
- La electricidad estática se usa en las fotocopiadoras para fijar la tinta en el papel y crear la imagen impresa.
- En la electrónica, es importante tener cuidado con la electricidad estática, ya que puede dañar los componentes. Por eso, las personas que trabajan con ellos usan pulseras antiestáticas o alfombras especiales.
- Cuando un avión aterriza, se descarga para evitar chispas peligrosas. Los automóviles también pueden acumular carga al moverse rápido en aire seco, por lo que tienen sistemas para evitar descargas.
Ejemplos de fenómenos electrostáticos en la vida diaria
- Cuando caminas por una alfombra y tocas el picaporte metálico de una puerta, puedes sentir una pequeña descarga eléctrica.
- Si te peinas el cabello y luego acercas el peine a pequeños trozos de papel, el peine los atraerá.
- Cuando frotas un globo en tu ropa o cabello y luego lo acercas a tu cabeza, tu cabello puede levantarse y pegarse al globo.
Electroscopio
El electroscopio es un instrumento sencillo que sirve para detectar si un objeto tiene carga eléctrica y de qué tipo es (positiva o negativa).
Conceptos clave de la electrostática
La ley de Coulomb
La ley de Coulomb es fundamental en la electrostática. Describe la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas. Dice que las cargas del mismo tipo se repelen, y las de tipo opuesto se atraen. La fuerza es mayor cuanto más grandes son las cargas y disminuye rápidamente a medida que la distancia entre ellas aumenta.
El campo eléctrico
Un campo eléctrico es una región alrededor de una carga eléctrica donde otra carga sentiría una fuerza. Es como una "zona de influencia" de la carga.
La ley de Gauss
La ley de Gauss es otra ley importante que relaciona el campo eléctrico con las cargas que lo producen. Nos ayuda a calcular el campo eléctrico en situaciones donde las cargas están distribuidas de cierta manera.
Véase también
- Descarga electrostática
- Electricidad
- Historia de la electricidad
- Magnetismo
