ELECTROSTÁTICA — CAPACIDAD ELÉCTRICA
La propiedad por la que, al ser frotados, ciertos cuerpos pueden atraer a otros más pequeños se conoce desde hace mucho tiempo. El filósofo griego Tales de Mileto observó que al frotar un trozo de ámbar, éste podía atraer objetos pequeños como, por ejemplo, plumas. Hasta el siglo XVI se creyó que la atracción que se observa con los cuerpos frotados tiene el mismo origen que el magnetismo.
ELECTRICIDAD
Concepto. — a) La electricidad es un agente físico e imponderable, que se manifiesta por atracciones, repulsiones, efectos luminosos, químicos, fisiológicos, etc.
b) Se llama también electricidad a aquella división de la física que tiene por objeto el estudio de los fenómenos eléctricos. Comprende dos partes: la electricidad estática, que se ocupa de la electricidad en equilibrio sobre los conductores y la electricidad dinámica que estudia la electricidad en movimiento.
CUERPOS MALOS Y BUENOS CONDUCTORES
Una varita de vidrio frotada con lana, adquiere la propiedad de atraer los cuerpos livianos: papel, aserrín, hojuelas de oro, esferillas de saúco. La causa de este fenómeno es desconocida: se le da el nombre de electricidad.
Otros cuerpos se electrizan también por frotamiento, tales como la resina, el azufre, el caucho, la ebonita, la seda.
En estos cuerpos la electricidad se localiza, es decir, que sólo los puntos frotados tienen la propiedad de atraer los cuerpos livianos; se llaman malos conductores, porque oponen resistencia al paso de la electricidad.
Habrás observado que algunos automóviles (ver foto) y camiones llevan colgada en su parte trasera una cadena o una tira metálica cubierta con goma, cuyo extremo toca el pavimento.
Es la famosa “colita rutera”, en su marcha, los vehículos adquieren carga eléctrica por fricción. La “colita rutera” tiene como función descargar en parte la carrocería, porque, al ser de metal, conduce estas cargas hacia el suelo. La carga eléctrica acumulada puede resultar especialmente peligrosa en los camiones de transporte de combustibles ya que, de producirse la descarga a través de una chispa, podría encenderse su contenido. Los neumáticos de un vehículo, que también están en contacto con el suelo, no contribuyen a evitar que se acumulen cargas, pues son de goma, que es un material poco conductor.
CUERPOS BUENOS CONDUCTORES
Otros cuerpos, los metales, por ej. , no se electrizan cuando se frotan teniéndolos en la mano; pero se electrizan si se los sostiene con un mango de vidrio o un cuerpo mal conductor. En ellos, la propiedad atractiva se manifiesta en todos los puntos de la superficie, frotados o no.Estos cuerpos se llaman buenos conductores de la electricidad, porque no oponen resistencia al paso del fluido eléctrico.
Los metales, la madera, el cáñamo, el cuerpo humano, la tierra, etc., son buenos conductores (estos últimos si están mojados).
Esta distinción no tiene nada de absoluto, porque entre los mejores y los peores conductores, existen multitud de cuerpos intermediarios. Puede decirse que todos los cuerpos son conductores de la electricidad, pero en grados muy diferentes.
He aquí la lista de los principales’ cuerpos buenos o malos conductores.
Buenos conductores: Malos conductores:
Metales. Ámbar, resma.
Carbones, Cristal, azufre.
Agua salada. Caucho, gutapercha (Material parecido al caucho).
Cuerpo de los animales. Goma laca.
Vegetales húmedos. Seda, lana.
Suelo, piedras, paredes. Marfil, porcelana. /
Madera y papel muy secas
Aceites grasos, petróleos.
Ebonita (caucho con azufre)
Aire, gases secos
Parafina.
Medianos conductores:
Mármol, pizarra. Madera seca paja. Hilos y tejidos vegetales, algodón, papeles
AISLADORES
Los cuerpos malos conductores se llaman también dieléctrico o aisladores. Si no se puede electrizar un cuerpo conductor mantenido con la mano, es porque la electricidad se escapa al suelo a través del cuerpo del experimentador.
Puede electrizarse, por el contrario, cuando está aislado por un mango o un soporte mal conductor que opone una barrera a la electricidad. Un conductor no puede conservar la electricidad sino cuando está rodeado completamente por dieléctricos. Si el aire no fuera aislador, la electricidad se esparciría siempre por la atmósfera y no podríamos observar ningún fenómeno eléctrico.
Cuando se quiere electrizar un conductor, es preciso sostenerlo suspendido en el aire por un aislador, como un pie de ebonita o un cordoncillo de seda. El vidrio aísla mal cuando el aire está húmedo, porque se cubre en tal caso de humedad, volviéndose conductora su superficie. Se preserva de la humedad su superficie cubriéndola con una capa de parafina. Los aisladores más perfectos son la parafina y la dielectrina (parafina con azufre). Un cuerpo electrizado pierde inmediatamente su electricidad, si se lo pone en comunicación con el suelo por medio de un alambre metálico, del cuerpo humano o de cualquier otro cuerpo buen conductor.
PÉNDULO ELÉCTRICO
El péndulo eléctrico consiste en una esferilla de médula de saúco suspendida de un hilo de seda; el soporte puede ser aislador o no. Este aparato permite comprobar la electrización de un cuerpo.
Electricidad positiva y electricidad negativa.
1º Hay dos clases de electricidades y no hay más que dos: la electricidad vítrea o positiva (+) y la electricidad resinosa o negativa (-).
2º Las electricidades de mismo nombre se repelen; las de nombre contrario se atraen.
3º Las dos electricidades aparecen y en cantidades iguales.
Se demuestran estos principios por los experimentos siguientes:
Se frota una varilla de resina con un pedazo de género (fig. 93) y se la acerca a la bolita de saúco. La bolita está atraída (figura 94) y si llega a tocar la resina, se carga de la misma electricidad y en seguida está repelida con fuerza. Si después se acerca a la bolita de saúco una varilla de vidrio frotada se produce una atracción.
Luego la resina y el vidrio no han producido el mismo tipo de carga, ya que la primera rechaza ahora la bolita de saúco, mientras el segundo la atrae.
La tercera ley se demuestra frotando uno contra otro dos discos (fig. 95), formados de sustancias
diferentes y provistos de mangos aisladores; cada uno de estos discos atrae la esterilla de saúco
electrizada al contacto del otro y si se superponen, no tienen después ninguna acción eléctrica sobre el péndulo; lo que prueba que los dos discos contenían ambas cargas en cantidades iguales, ya que se ha neutralizado mutuamente.
Carga neutra. — Todo cuerpo no electrizado está en estado natural: contiene cantidades iguales de carga positiva y negativa, que constituyen la carga neutra.
INVESTIGACIÓN DE
Dos métodos permiten investigar la carga eléctrica de un conductor: el plano de prueba y el electroscopio de hojas de oro. El plano de prueba (Fig. 96) es un disco de aluminio e de
La electrización de un conductor es superficial. —
Para demostrarlo, Cavendish electrizaba una esfera metálica, suspendida por un hilo de seda (figura 97) y después aplicaba sobre la superficie dos hemisferios metálicos, también aislados; al separar los hemisferios, la esfera no daba más señales de electrización; pero, el electroscopio revelaba que los hemisferios habían tomado toda la carga.
Electroscopio de hojas de oro. —
El electroscopio de hojas de oro (fig. 98) se compone de una varilla metálica, que penetra aislada en un frasco de vidrio. La extremidad superior termina por una pequeña esfera metálica y la otra lleva dos hojas de oro. Enfrente de las hojas hay dos varillas metálicas, en comunicación con el suelo, y en hojas cuando son rechazadas con demasiada violencia.
Con el plano de prueba se toca el conductor electrizado; el plano se lleva la carga eléctrica del cm.2 tocado. Luego, se pone en contacto dicho plano con la esfera del electroscopio; el aparato se carga de la misma electricidad y las hojas de oro divergen de un ángulo proporcional a la carga del plano y por lo tanto del punto que se ha tocado.
Poder de las puntas. —
La electricidad se acumula hacia las puntas y se pierde por ellas en el aire. Las moléculas de aire se cargan de la misma electricidad que la punta y se repelen entre sí, produciendo el viento eléctrico, realizado en el experimento de la (fig. 101).
Según el principio de la reacción la punta no puede rechazar el aire, sin sufrir ella misma, una repulsión igual y directamente opuesta.
Esta reacción se manifiesta con el experimento del torniquete eléctrico de la fig. 102. La estrellita móvil sobre el eje vertical, gira en sentido opuesto a las puntas, tan pronto como se pone la máquina eléctrica en movimiento
CAMPO ELÉCTRICO
Se llama campo eléctrico de una o varias cargas, al espacio donde se verifican las acciones eléctricas de dichas cargas.
ORIGEN DE LAS CARGAS ELECTRICAS
Para entender cómo se origina la electricidad hay que conocer cómo está compuesta la materia.
La materia está constituida por pequeñas partículas llamadas átomos.
Los átomos, a su vez, están formados por protones, neutrones y electrones.
Los neutrones y protones forman el núcleo del átomo, y los electrones se mueven alrededor de aquél
Por convención se dice que los protones poseen carga eléctrica positiva y los electrones carga eléctrica negativa.
Los neutrones no tienen carga eléctrica.
En general, los átomos de un cuerpo que no ha sido frotado poseen la misma cantidad de protones que de electrones y, por lo tanto, el cuerpo se comporta como si fuese eléctricamente neutro, es decir, como si no tuviera carga eléctrica.
Cuando se frotan dos cuerpos distintos puede ocurrir que parte de los electrones de uno pasen al otro.
El cuerpo que pierde electrones, adquiere carga positiva. El cuerpo que gana esos electrones adquiere carga negativa.
CAPACITORES
Existen dispositivos muy empleados en circuitos eléctricos y electrónicos como, por ejemplo, los de las radios, los televisores, los flashes de las cámaras fotográficas y los tubos fluorescentes, que permiten almacenar carga eléctrica en su interior, la que queda disponible para el momento en que sea requerida. Estos dispositivos se llaman capacitores o condensadores
LAS TORMENTAS ELÉCTRICAS Y EL PARARRAYOS
Durante una tormenta, por un complicado fenómeno llamado de separación de cargas, se produce una concentración de cargas negativas en la base de las nubes. Al mismo tiempo, el suelo bajo las nubes adquiere carga positiva.
Si la cantidad de carga eléctrica llega a ser muy grande, puede producirse una descarga por medio de un rayo.
Estudios cuidadosos han demostrado que la descarga se produce en distintas etapas. Un primer paso consiste en la formación de un camino de cargas negativas en zig-zag que va, a través del aire, desde las nubes hacia el suelo, con poca luminosidad (figura 1).
Cuando llega cerca del suelo, este camino comunica a la nube cargada eléctricamente con la tierra, preferentemente a través de la punta de los árboles o de edificios.
Se produce entonces un pasaje de cargas tan intenso que es acompañado de una gran luminosidad que se propaga desde el suelo hacia la nube (figura 2). El movimiento de cargas es tan rápido que no puede verse a simple vista. Únicamente vemos todo el camino que han seguido las cargas totalmente iluminado (figura 3). Se produce, además, gran cantidad de calor, que hace que el aire circundante se expanda violentamente generando el fortísimo ruido característico del trueno.
La expresión cotidiana “cayó un rayo”, no describe la totalidad del fenómeno de descarga, que se produce en dos etapas: de la nube hacia el suelo y del suelo hacia la nube.
Para evitar que el rayo se forme a través de personas, árboles o edificios, provocando muertes o incendios, es necesario facilitar su formación a lo largo de un camino que sea seguro. Esto se consigue mediante barras metálicas dispuestas en los edificios más altos y conectadas a la tierra, llamadas pararrayos.
