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Ciencia fácil

¿Materia o electricidad?

Serie de artículos de divulgación sobre temas básicos de la ciencia.

(6/11/06 - Agencia CyTA-Instituto Leloir. Por María Cristina Chaler)
Ya dijimos en notas anteriores que la materia está formada por átomos y éstos a su vez poseen cargas eléctricas positivas (protones) en el núcleo y cargas negativas (electrones) distribuidos alrededor del mismo, moviéndose en zonas de probabilidad, que se llaman orbitales.
El núcleo del átomo es bastante estable pues, a pesar de estar formado por cargas positivas que tienen tendencia a rechazarse, los neutrones (partículas neutras) ejercen una fuerza nuclear que “empasta” y lo estabiliza.

Los electrones prácticamente no poseen masa y orbitan vertiginosamente alrededor del núcleo, en un gran espacio vacío, neutralizando la carga nuclear, es decir, cada átomo posee tantos electrones como protones, en consecuencia la materia es neutra. Esto es así siempre que no haya fenómenos físicos que produzcan movimientos de electrones de un lado a otro, de modo que se modificaría en forma transitoria esa neutralidad.

Supongamos que por algún motivo la materia pierde parte de sus electrones, entonces resultaría cargada positivamente, ya que predominaría la carga nuclear. Contrariamente, aquella que posea más electrones será negativa.

Este tipo de fenómenos en los que hay variación de cargas eléctricas que modifican la neutralidad de la materia son estudiados por la electrostática, que es la parte de la física que explica los fenómenos de las cargas eléctricas en reposo.

Vamos a realizar una pequeña experiencia:
Tomamos un papelito no muy grueso y lo cortamos en pequeños pedacitos. Luego, frotamos contra la ropa o con un paño una regla de plástico, y finalmente la acercamos a los papelitos. Vamos a observar que éstos flotan en el aire para acercarse a la regla y se pegan unos a otros en cadena.

¿Cómo explicamos lo que acabamos de observar?

El frotamiento de la materia (plástico) con el paño hace que se produzca transferencia de electrones de un cuerpo a otro, de modo que el que recibe electrones se carga negativamente y el que los pierde queda cargado positivamente.

La regla se cargará de electricidad positiva o negativa según sea su facilidad de perder o ganar electrones y al acercarla a los papelitos pasará lo siguiente:

Si llegase a estar cargada positivamente, atraerá electrones de ellos de modo que inducirá un polo negativo en el extremo del papel cercano a la regla y un polo positivo en el extremo contrario (dos polos transitorios).

Si estuviese cargada negativamente, rechazaría electrones del extremo del papel más cercano a ella induciendo en el mismo un polo positivo y el negativo en el extremo contrario.

Así es como se inducen en cadena polos positivos y negativos y los papelitos se pegan a la regla por atracción eléctrica. También se pegarán entre sí ya que se inducirán cargas.

Según la facilidad que tenga el material de tomar a perder electrones el cuerpo se cargará positivamente o negativamente.

El vidrio tiene tendencia a ceder sus electrones al ser frotado por un paño, por lo que se cargará positivamente. El plástico, en cambio, absorbe electrones y se carga negativamente.

Hay otro modo de electrizar un cuerpo, poniéndolo en contacto con otro ya electrizado.
¿Cómo explicamos ésto? Supongamos que un cuerpo esté cargado positivamente (+) porque el frotamiento le ha arrancado unos cuántos electrones; cuando toca a otro cuerpo lo que hace es quitarle también electrones (por atracción), por lo que se cargará con electricidad del mismo signo (+).

Si pasara lo contrario, es decir, si contactamos a un cuerpo neutro con otro cargado de electricidad negativa (-), o sea con exceso de electrones, éstos se transferirán y el cuerpo se cargará negativamente (-).

Al electrizar un cuerpo por contacto con otro, éste queda cargado con cargas de igual signo que el cuerpo que lo contacta.

Sacamos como conclusión que:
Los cuerpos se cargan por frotamiento, inducción o contacto.

En estos fenómenos las cargas eléctricas se distribuyen uniformemente sobre la superficie de los cuerpos, pero en las puntas se acumulan y se da lo que denominamos el poder de las puntas: cuando un cuerpo cargado tiene puntas, la densidad (número de cargas/superficie) en ellas es tan grande que las cargas saltan hacia el aire. Las moléculas de aire que las rodean se cargan eléctricamente con igual signo y se rechazan entre sí, generando un movimiento que recibe el nombre de viento eléctrico.

Una aplicación de este principio es el pararrayos, inventado por Benjamín Franklin en 1752. Está compuesto por una varilla metálica con una o varias puntas. Se coloca en los techos de los edificios altos unido a un cable conductor que, a su vez, está unido a una placa metálica que se entierra a cierta profundidad.

En los días de tormenta las nubes se cargan de grandes cantidades de electricidad de un determinado signo y atraen por inducción cargas opuestas en la tierra, lo que posibilita la descarga (por atracción) generando lo que conocemos como rayos, que pueden tener sentido de la nube hacia la tierra o el inverso.

Cuando una nube se acerca al pararrayos, le induce cargas de sentido contrario, que generan un viento eléctrico de iones (partículas de aire cargadas) que al alcanzar a la nube la neutraliza (quita las cargas) e impide la formación del rayo. Si este viento no llegara a la nube o la acumulación de cargas en ella fuera muy grande para ser neutralizada, se generaría un rayo, que descargaría a través del pararrayos y al estar unido a tierra evitaría daños.

Algunos fenómenos que vivimos cotidianamente que verifican lo que acabamos de enunciar:

• Los días secos es muy probable que al pasarnos el peine queden nuestros cabellos erizados. El peine frota al cabello y éstos se cargan de electricidad de igual signo, de modo que se repelen entre sí y se erizan.

• Muchas veces al darle la mano a otro sentimos un golpe, que nos indica que veníamos cargados con electricidad estática. Seguramente, al caminar, el roce de los zapatos contra el piso, nos transmite o quita electrones.

• La cinta del gimnasio genera en el material adyacente, por el roce del giro, cargas eléctricas que a veces detectamos al tocarlo.

• El auto en la ruta se carga también de electricidad por el frotamiento del aire. Las colitas ruteras o cadenas sirven para descargar ésta hacia la tierra.

• Los días de tormenta y viento, las nubes, por frotamiento con el aire, se cargan de electricidad, a veces positiva y otras negativa, según hayan perdido o ganado electrones, y al acercarse se descargarán mutuamente. Escuchamos tronar y observamos relampaguear.

• Muchas veces sentimos crujidos cuando nos sacamos un pulóver o una blusa y hasta vemos luces si lo hacemos en la oscuridad. Ésto demuestra que nuestra ropa estaba cargada eléctricamente.

• Al encender la computadora o la televisión, si acercamos al monitor nuestro brazo, el vello se eriza por la inducción eléctrica, y si frotamos la pantalla sentimos un crujido producto de su descarga.

Comprobamos así, una vez y otra vez, la naturaleza eléctrica de la materia.

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