ELECTROSTÁTICA
CUERPOS ELECTRIZADOS
Cualquier cuerpo está lleno de electricidad, nuestro cuerpo,
lo mismo podemos decir de un caballo, de un aguacate, de una roca, del agua,
del aire…, en fin todos los cuerpo.
Pero, ¿Por qué no siempre la electricidad se pone de
manifiesto? ¿Qué es la electricidad?
A continuación proponemos unos experimentos los cuales deben
ser realizados en un ambiente seco y frío. Debido a que nuestro clima tropical
no suele cumplir con ninguna de estas características es recomendable tomar
precauciones y, sobre todo, no
desanimarse por los fracasos. El medio más óptimo para las experiencias
electrostáticas lo constituye, un
ambiente cerrado con aire acondicionado.
EXISTEN DOS NATURALEZAS ELÉCTRICAS
Experimento N°1
Atamos dos globos (nuevos y limpios) inflados a un soporte y
por medio de hilos de seda. Frotamos cada uno de ellos con un paño de lana.
Inmediatamente después de frotados
los globos, observamos que tienden a repelerse mutuamente.
Experimento N°2
Dispongamos de dos barras de vidrio,
un paño de seda, un soporte e hilo de seda.
Suspendemos las dos barras de vidrios en el soporte.
Frotamos con el paño de seda las dos barras, cada una por separado pero lo más
pronto posible. En esta situación observamos que las dos barras se repelen
mutuamente.
Experimento N°3
Dispongamos de una barra de vidrio y un globo inflado, un
paño de seda y otro de lana, hilos de seda, un soporte apropiado.
Suspendemos en soporte la barra y el globo, por medio de los
hilos. Frotamos con el paño de seda la barra y el globo con el paño de lana. En
esta situación observamos como el globo con la
barra se atraen mutuamente.
En base a esas observaciones de los experimentos y a muchos
otros parecidos a estos, se concluye: “todos
los cuerpos, previamente y convenientemente frotados, adquieren la propiedad de
atraerse o repelerse entre sí”. A esta propiedad, los físicos, la
denominado, electricidad.
Desde el momento que dos cuerpos electrizados pueden atraerse
o repelerse, se concluye que: existen dos naturalezas eléctricas. Como el
vidrio y el plástico electrizados se atraen entre sí, entonces los físicos, han
tomado estos materiales como referencia y acostumbran decir así: todos los
materiales electrizados que se repelen con el vidrio electrizado, poseen
electricidad positiva y; todos los materiales electrizados que se repelen con
el plástico electrizado, poseen electricidad negativa. La escogencia del vidrio
y del plástico, como material de referencia, ha sido completamente arbitrario;
como también ha sido arbitrario tomar la electricidad del vidrio como positiva
y la del plástico como negativa.
Teniendo presente los experimentos realizados y el nuevo
vocabulario adquirido, podemos afirmar: cargas de la misma naturaleza (positiva
con positiva o negativa con negativa) se repelen y cargas de naturalezas
diferente (positiva con negativa) se atraen.
Experimento N°4
Dispongamos
de un globo inflado, un paño de lana, un soporte apropiado e hilo de seda.
Suspendamos
por medio del hilo de seda el globo. Frotamos el globo con el paño e,
inmediatamente, los separamos uno del otro a una distancia tal de poder ver que
se atraen entre sí.
Este
experimento y cuantos otros podamos hacer parecidos a este nos hace concluir,
que el frotamiento entre dos cuerpos de naturaleza química diferente (en
nuestro caso lana y plástico) genera contemporáneamente, las dos naturalezas
eléctricas: la positiva y la negativa.
UN CUERPO ELECTRIZADO ATRAE CUERPOS ELECTRIZADOS PREVIAMENTE
Experimento N°5
Dispongamos de una barra de ebonita (una especie de plástico
natural) o en su defecto, una barra cualquiera de plástico, una esferita de
anime, hilo de seda, paño de lana, un soporte apropiado.
Suspendamos por medio del hilo y en el soporte, la esferita
de anime. Frotamos la barra con el paño y acercamos inmediatamente la barra a
la esferita. Observamos que: la esferita es atraída por la barra.
Experimento N°6
Dispongamos de un peine plástico y de trocitos de papel.
Frotamos vigorosamente el peine con el cabello y lo acercamos inmediatamente a
los trocitos de papel. Observamos como: los trocitos de papel son atraídos por
el peine.
En estos dos últimos experimentos ha sido notable el hecho
que, ni la esferita de anime, ni los trocitos de papel, han sido previamente
frotados; sin embargo, al ser atraídos por la barra y el peine electrizados,
han dado manifestación de haberse electrizados.
Las observaciones de estos experimentos como la de muchas
otras, basadas en experimentos parecidos a estos, hacen concluir que: un cuerpo
puede ser electrizado, no solo por frotamiento, sino también a distancia. A
esta manera de electrizar un cuerpo se le llama: inducción electrostática. Al cuerpo electrizado previamente se le
llama: inductor y, al que recibe la
influencia eléctrica se le llama inducido.
En los experimentos descritos anteriormente la barra y el peine fueron los
cuerpos inductores, mientras que, la esferita y los papelitos fueron los
cuerpos inducidos.
Otra conclusión interesante es la siguiente: alrededor de
todo cuerpo electrizado existe “algo invisible”. Los físicos lo llaman campo eléctrico. Es este campo
eléctrico el causante de la inducción
eléctrica.
Teniendo presente la estructura íntima de la materia, el
fenómeno de la inducción podemos explicarlo de la manera siguiente: si el
inductor está electrizado, por ejemplo negativamente, al acercarlo al
inducido-inicialmente neutro-los electrones de éste serán repelidos hacia el
extremo más lejano; quedando el otro extremo -más cercano al inductor-
electrizado positivamente.
Al alejar el inductor del inducido, se comprueba que: el
inducido deja de manifestar la propiedad eléctrica.
Ya vimos como dos cuerpos convenientemente escogidos y
frotados entre sí, se electrizan uno negativo y el otro positivo. También vimos
cómo se electriza un cuerpo sin necesidad de frotarlo, método de inducción,
pero en este caso es necesaria la presencia de otro cuerpo previamente
electrizado y además cuando alejamos al inductor del inducido, éste queda de
nuevo eléctricamente neutro ya que los electrones vuelven a aparearse con los
protones.
LOS CONDUCTORES DE ELECTRICIDAD POSEEN ELECTRONES LIBRES, LOS AISLANTES
NO
Tratemos de electrizar una barrita metálica, sosteniendo uno
de sus extremos con una mano y frotándola vigorosamente con un paño de seda.
Acerquémosla inmediatamente a pedacitos de papel. Observamos que: los pedacitos
de papel no son atraídos. Repitamos la experiencia, pero tomando el extremo de
la barra por medio de un paño de lana. Observamos entonces que los papelitos
son atraídos por la barra.
¿Cómo se justifican estas
observaciones?
Los físicos, teniendo presente estos experimentos y
muchísimos otros hechos con materiales diferentes y en diferentes situaciones,
concluyen lo siguiente: todos los materiales se clasifican en una escala que va
desde aquellos que son óptimos conductores de la electricidad hasta los que son
pésimos conductores de la electricidad o aislantes eléctricos.
Son buenos conductores de la electricidad: los metales, el
cuerpo humano, la Tierra...
Son aislantes eléctricos: los plásticos, las maderas, las
lanas, las gomas...
Desde el punto de vista de la estructura íntima de la materia,
los físicos dicen que, los buenos conductores se caracterizan porque entre sus
retículos atómicos existen electrones libres, es decir, electrones que viajan
constantemente y desordenadamente de un átomo para otro. Son estos electrones
los que se desplazan hacia una determinada dirección cuando están sometidos a
ciertas condiciones dando origen a la corriente eléctrica.
En contraposición a la estructura atómica de los buenos
conductores, están los aislantes eléctricos. Un material es más aislante eléctrico
cuanto menos electrones libres posea en sus átomos. En un aislante
"perfecto", no existen electrones libres, todos están ligados a sus
átomos, por lo que, no pueden desplazarse de un sitio para otro y por lo tanto
es muy difícil que en ellos pueda fluir una corriente eléctrica.
La barra metálica, tomada directamente con la mano, no queda
electrizada después de haberla frotado porque, tanto la barra como la mano son
conductores y, por lo tanto, el exceso de cargas eléctricas producidas en el
material, se escapa de la barra al cuerpo del experimentador y de este a
Tierra. Mientras que al tomar la barra con el paño de lana, éste por ser un
aislante eléctrico, no permite el flujo de las cargas eléctricas
PARA ELECTRIZAR UN CUERPO POR INDUCCIÓN, ES INDISPENSABLE POSEER OTRO
PREVIAMENTE ELECTRIZADO
Ya vimos como dos cuerpos convenientemente escogidos y frotados
entre sí, se electrizan uno negativo y el otro positivo. También vimos cómo se
electriza un cuerpo sin necesidad de frotarlo, método de inducción, pero en
este caso es necesaria la presencia de otro cuerpo previamente electrizado y
además cuando alejamos al inductor del inducido, éste queda de nuevo
eléctricamente neutro ya que los electrones vuelven a aparearse con los
protones.
Si queremos que al alejar al inductor, el inducido quede
electrizado por ejemplo negativamente, podemos proceder de la manera siguiente:
1-
Acercamos
a una barra conductora y eléctricamente neutra, otra barra (no importa que sea
o no conductora), la cual sabemos está electrizada positivamente.
2-
Conectamos
un alambre entre el inducido y la tierra (o simplemente tocamos al inducido con
nuestros dedos).
3- Desconectamos el
inducido de tierra (dejamos de tocarlo con nuestros dedos). Posteriormente
alejamos el inductor del inducido y así éste queda electrizado negativamente.
UN CUERPO ELECTRIZADO, ELECTRIZA A OTRO SOLO CON TOCARLO
Hasta ahora hemos visto cómo se electriza un cuerpo por frotamiento
y por inducción. Ahora vamos a explicar cómo se electriza un cuerpo por
contacto con otro electrizado. Experimentalmente se demuestra cómo al tocar un
cuerpo electrizado, por ejemplo positivamente, con otro eléctricamente neutro,
éste, queda también electrizado positivamente. ¿Cómo se explica este hecho?
Antes de poder contestar esta pregunta, vamos a describir
otras experiencias y algunas conclusiones teóricas.
Experiencias hechas en los laboratorios demuestran que: a) el exceso de cargas, en
los cuerpos conductores se ubica en la superficie y no en el interior de estos
cuerpos; b) la distribución superficial del exceso de cargas, obedece: a la
cantidad numérica del exceso de cargas, a la extensión de la superficie del
cuerpo y, a las diferentes configuraciones del cuerpo. Así: en los conductores
esféricos, la distribución de las cargas es perfectamente simétrica, es decir, por
unidad de superficie se ubican el mismo número de cargas; en los cuerpos de
formas irregulares, la distribución de las cargas también es irregular y, se
puede demostrar experimentalmente que, en las puntas se concentran más cargas
eléctricas que en las partes planas, y, en éstas, más que en las superficies
cóncavas.
Teniendo presente la estructura
íntima de la materia según el modelo atómico de Bohr, y el conocimiento teórico
del campo eléctrico, podemos concluir lo siguiente:
a) En la movilización de las cargas
eléctricas de un conductor sólido, sólo las cargas negativas es decir, los
electrones- intervienen, ya que, las cargas positivas -es decir, los protones-
están ubicados en los núcleos y éstos no se rompen sino bajo condiciones muy
especiales, como es, la fisión nuclear.
b) El causante de la movilización de
las cargas eléctricas, para su distribución en los conductores, es el campo
eléctrico que las mismas cargas poseen en su alrededor. La influencia del campo
eléctrico se propaga a la extraordinaria velocidad de la luz: 300.000 km/seg.
Por este motivo, la distribución de las cargas eléctricas queda determinada
prácticamente, en el instante en que se electriza, después del cual, hay una situación
estática (sin cambios en el transcurso del tiempo), siempre y cuando el cuerpo
esté perfectamente aislado de otras influencias eléctricas, sean éstas por
contacto o a distancia. Pero, al romper esta situación, se rompe el equilibrio
de la distribución de las cargas eléctricas, sucediendo -de una manera instantánea-
una nueva redistribución. Si el aislamiento eléctrico ha quedado roto por
ponerse en contacto con otro cuerpo, entonces la redistribución de las cargas
entre los dos cuerpos dependerá de las nuevas formas y extensión superficial
que adquiere el conjunto.
