Te explicamos qué es la electrostática, los temas de estudio en que se centra esta rama de la física y qué son los fenómenos electrostáticos.
¿Qué es la electrostática?
La electrostática es una rama de la Física que estudia los efectos producidos en los cuerpos como consecuencia de sus cargas eléctricas, o lo que es lo mismo, el comportamiento de las cargas eléctricas en situación de equilibrio. Dicha carga eléctrica es la responsable de los efectos electrostáticos (de atracción o de repulsión) que se generan entre los cuerpos que la poseen.
La electrostática surgió mucho antes de que se comprendiera que la electricidad y el magnetismo son fenómenos emparentados y que deben estudiarse conjuntamente.
Los antiguos griegos ya habían notado los extraños fenómenos que surgían de frotar un trozo de ámbar con lana u otros tejidos, y cómo atraían objetos pequeños con electricidad estática.
La formulación de la Ley de Coulomb en el siglo XVII y de las Leyes de Maxwell en el siglo XIX dio forma definitiva a esta disciplina de la física y sentó las bases para su inclusión en el estudio formal del electromagnetismo.
El objeto de estudio de la electrostática es la electricidad estática, definida como el fenómeno producido entre dos cuerpos que han acumulado una carga eléctrica, ya sea por inducción o por fricción.
- Carga eléctrica por frotación. Determinados objetos pueden cargarse eléctricamente tras ser frotados el uno contra el otro, ya que este contacto despoja de los electrones externos a uno y los transfiere al otro. Un objeto queda, entonces, cargado electronegativamente, mientras que el otro queda cargado electropositivamente.
- Carga eléctrica por inducción. Este mecanismo de carga eléctrica estática no requiere del contacto entre los materiales. Si un material está eléctricamente cargado con carga negativa y se lo acerca a un cuerpo eléctricamente neutro, los electrones de este último se sentirán repelidos por el exceso de electrones en el primer cuerpo y se moverán dentro del material hasta ubicarse lo más alejados posible del cuerpo cargado.
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Fenómenos electrostáticos
Muchos fenómenos cotidianos nos permiten experimentar la electrostática, por ejemplo:
- Al peinarnos. Si el peine posee cierto tipo de material plástico aislante, al frotarlo repetidamente contra nuestro cabello se cargará de electrones y atraerá nuestro cabello, haciendo que se eleve o se ponga de punta. Incluso se puede usar ese peine cargado para atraer pequeños trozos de papel.
- Arrastrar los pies por la alfombra. Se debe tener puestas medias de tela, para que la electricidad estática se acumule en nuestro cuerpo y después podamos tocar a alguien directamente y sentir una pequeña descarga eléctrica entre las pieles.
- Frotar un vidrio con un paño. Si el paño es lo suficientemente grueso, el vidrio (que es un aislante) quedará cargado eléctricamente y atraerá las pequeñas partículas que haya alrededor.
Cuando dos partículas eléctricas con carga opuesta están en reposo, existe una fuerza entre esas dos partículas cargadas llamada fuerza electrostática. una lista de los ejemplos de fuerzas electrostáticas va a ser discutido en este post.
Una explicación detallada de los ejemplos de fuerza electrostática.
Naturalmente, todas las cosas son eléctricamente neutras. Las cargas se pueden producir en ellos frotando o deslizando las dos cosas neutrales causando que uno de ellos cambie negativamente y otro adquiera una carga positiva resultando en fuerza electrostática.
Ejemplos de fuerza electrostática
Frotando la vara con ropa de seda
Un ejemplo de fuerza electrostática comúnmente conocido es frotar la varilla con seda. En general, la varilla es eléctricamente neutra. Cuando frotas la varilla con ropa de seda, la varilla pierde algunos de los electrones y se carga positivamente, y la seda gana el electrón para cargarse negativamente. Así, el roce crea la fuerza de atracción electrostática entre la varilla y la seda.
Pantalla de televisión
¿Alguna vez has observado que la pantalla del televisor se llena de polvo después de un tiempo? ¿Por qué esto sucede a menudo, lo sabes?
Bueno, la pantalla del televisor se vuelve polvorienta después de un tiempo debido a fuerza electro-estática. La pantalla de televisión generalmente está cargada positivamente. Las cargas positivas atraen el polvo que vuela cerca de la pantalla del televisor en la pantalla, ya que se considera que las partículas de polvo tienen carga negativa. Por lo tanto, una fuerza electrostática retuvo la pantalla cargada positivamente y las partículas de polvo cargadas negativamente. Por lo tanto, las pantallas de televisión son uno de los ejemplos de fuerza electrostática.
ropa de nailon
La ropa de nailon se establece como excelentes ejemplos de fuerza electrostática. Cuando dos telas de nailon se frotan entre sí, una de las telas pierde el electrón y se vuelve positiva, y la otra gana el electrón y se vuelve negativa. Sentimos cierta fuerza de atracción al tratar de separar la ropa, no es más que la fuerza electrostática que se establece entre las prendas de nailon.
Créditos de imagen: Imagen de Emiliano Roberto Vicol de Pixabay
Fotografías pegadas al envoltorio
En su álbum, las fotos están pegadas envoltorio de la portada de la fotografía es debido a la fuerza electrostática entre la fotografía y la cubierta envolvente. La superficie superior de la fotografía actúa como una carga positiva y atrae la tapa para que se mantenga unida.
Ropa de invierno
Debido a la baja humedad y al aire seco, la ropa se pega al cuerpo durante los inviernos, creando una fuerza electrostática entre la capa de tela y el cuerpo—una fuerza electrostática que se desarrolla entre la tela y el cuerpo cuando la persona entra en contacto con el aire. Mientras se quita la tela, se puede observar un sonido; esto se debe a la separación de dos cuerpos cargados. Para evitar que la tela se pegue al cuerpo durante los inviernos, se utilizan a menudo cremas hidratantes.
Peine y pedazos de papeles
Un experimento muy famoso que hemos estado realizando desde la época escolar es el peine que atrae las piezas de papel livianas. Es un muy buen ejemplo de fuerza electrostática. Cuando se peina el cabello graso, y si sostenemos ese peine cerca de los pedazos de papel, los pedazos de papel livianos se adhieren al peine debido a la fuerza electrostática. Cuando nos peinamos, el cabello transfiere parte de las cargas al peine, y éste actúa como un cuerpo cargado negativamente. Los pedazos de papel actúan como el cuerpo cargado positivamente y son atraídos por el peine creando una fuerza electrostática entre ellos.
Globos frotados con pelo.
Cuando los dos globos se frotan con el pelo, y si los acercamos, tLos dos globos se atraen entre sí y se pegan, creando la fuerza electrostática. Después de un tiempo, la carga creada entre los globos se extingue, provocando su separación. Este es el truco de fiesta de cumpleaños más utilizado.
Perilla de la puerta
Si alguna vez tocaste el pomo metálico de la puerta de repente, habrías sentido la descarga eléctrica. Esto se debe a la fuerza electrostática entre el picaporte y la piel. Dado que el pomo de la puerta está hecho de metal, tiene la capacidad de transferir las cargas al otro cuerpo. Esto lleva a establecer una interacción electrostática entre la piel y el pomo. El pomo metálico de la puerta está equipado con una herramienta de madera para evitar tal golpe repentino.
Créditos de imagen: Imagen de Bruno / Alemania de Pixabay
El cabello de un niño después de deslizarse sobre la casa gorila de plástico
Cuando los niños se deslizan sobre el saltador de plástico, el cabello se eriza debido a la fuerza electrostática. Cuando los niños se deslizan sobre la hamaca, debido a la fricción del deslizamiento, el cabello adquiere carga positiva. Dado que hay cargas similares en el cabello, intentan repelerse entre sí, lo que da como resultado que se mantengan erguidos.
Frotar zapatos sobre la alfombra
Cuando caminas sobre la alfombra, tu zapato tiene cierta cantidad de cargas negativas. Esto resulta en su cuerpo adquiere electrones adicionales cuando su zapato frota la alfombra, y la alfombra transfiere cargas negativas a su zapato. Si de repente tocas cualquier superficie metálica, te sentirás impactado. estableciendo los ejemplos de fuerza electrostática.
fotocopiadoras
Las fotocopiadoras utilizan ejemplos de fuerza electrostática para hacer frente a la página que desea. La página original que necesita copiar se coloca en el cristal, que actúa como carga positiva. Un polvo negro llamado toner actúa como la carga negativa que atrae la imagen que se tiene que copiar en la hoja de papel, dándote la fotocopia de la página que requieres..
Créditos de imagen: Imagen de ErikaWittlieb de Pixabay
Envoltorio de plástico pegado a la mano después de retirar el paquete
¿Alguna vez has observado que los envoltorios de plástico se pegan a tu mano después de quitar el paquete? En caso afirmativo, ¿por qué se pega a la mano?
Se debe a la fuerza electrostática. Cuando quitas la envoltura de plástico, la fricción hace que los electrones se desplacen de su posición; por lo tanto, la envoltura de plástico alcanza una carga negativa. La mano ahora actúa como el cuerpo con carga positiva que atrae el plástico hacia sí mismo, creando la fuerza electrostática entre la mano y el envoltorio de plástico.
La explosión espontánea de los silos de grano.
La aparición de fuerza electrostática en los silos de grano es la razón de la explosión espontánea de los silos de grano. Debido a la baja humedad, el polvo del grano alcanza las cargas. Si los granos se mueven dentro de los silos, el polvo y el grano provocan una combustión que provoca la explosión de los silos. Para evitar explosiones, se instalan algunas costosas medidas de seguridad en los silos.
Créditos de imagen: Imagen de Renée Gaudet de Pixabay
Impresoras láser
Al igual que la fotocopiadora, las impresoras láser también utilizan la fuerza electrostática para imprimir. Para obtener impresiones de alta calidad, las impresoras láser están equipadas. Aquí el láser se mueve sobre el tambor cargado negativamente de un lado a otro, produciendo la imagen. La fuerza de atracción entre el láser y el tambor es una fuerza electrostática que se encarga de crear la impresión.
Lightning
El rayo es el fenómeno natural de la fuerza electrostática. El relámpago aparece debido a la colisión de las nubes que consta de cargas positivas en la parte superior y cargas negativas en la parte inferior. A medida que las nubes chocan, las cargas se hacen más grandes, lo que da como resultado un rayo. Muchos números de cargas eléctricas se descargan debido a los rayos, provocando el rápido movimiento del electrón en la atmósfera. El relámpago es la razón del trueno; el sonido que escuchamos se debe a la colisión de nubes.
Créditos de imagen: Imagen de Ron van den Berg de Pixabay
Fuerza electrostática y energía potencial
El fuerza electro-estática es una fuerza de atracción, y existe repulsión entre las dos cargas. El la energía potencial es la energía almacenada que posee la partícula en un estado estacionario debido a su configuración y posición. Por lo tanto, según las dos definiciones anteriores, la fuerza electrostática puede tener el energía potencial ya que ambos se deben al cuerpo estacionario.
La energía almacenada en la carga en las cargas estáticas se llama “energía potencial electrostática.»
El potencial electrostático de la carga está dado por
F=qE
Donde F es la fuerza electrostática, q es la carga y E es el campo eléctrico.
Supongamos que la carga se mueve de una posición a otra, digamos rref. a r, la energía potencial electrostática será
Umi(r)=ke qq/r
donde ke= 1/4 πɛ0 ;constante de culombio.
