Nombre del maestroCortes Carrillo Anatolio OthonMateriaElectromagnetismoFecha 26 de febrero de 2015AlumnoSegundo Jimnez Vctor EduardoIng. Elctrica 2 semestre No. Control: E14020355

Investigacin de electricidad esttica

Electricidad estticaLa electricidad esttica es un fenmeno que se debe a una acumulacin decargas elctricasen un objeto. Esta acumulacin puede dar lugar a unadescarga elctricacuando dicho objeto se pone en contacto con otro.Antes del ao1832, que fue cuandoMichael Faradaypublic los resultados de sus experimentos sobre la identidad de la electricidad, los fsicos pensaban que la electricidad esttica era algo diferente de la electricidad obtenida por otros mtodos. Michael Faraday demostr que la electricidad inducida desde un imn, la electricidad producida por una batera, y la electricidad esttica son todas iguales.La electricidad esttica se produce cuando ciertos materiales se frotan uno contra el otro, como lana contra plstico o las suelas de zapatos contra la alfombra, donde el proceso de frotamiento causa que se retiren los electrones de la superficie de un material y se reubiquen en la superficie del otro material que ofrece niveles energticos ms favorables.

Formas de produccin de electricidad esttica

Produccin de electricidad esttica por frotamientoAl frotar dos cuerpos elctricamente neutros (nmero de electrones = nmero de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva, el otro con carga negativa. Si se frota una barra devidriocon un pao de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda. Si se frota un lpiz de pasta con un pao de lana, hay un traspaso de electrones del pao.

Electrificacin por frotamiento

Ej.: un globo lo frotas en la cabeza de un amigo compaero o t mismo cabello o cabeza luego lo pones cerca de la cabeza de otro compaero o amigo y veras que el cabello se levanta.

Produccin de electricidad esttica por contacto

Se puede cargar un cuerpo neutro con slo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si se toca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero debe quedar con carga positiva. Esto se debe a que habr transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los posea en mayor cantidad hacia el que los contenga en menor proporcin mantenindose este flujo hasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos.

Electrificacin por contacto

Produccin de electricidad esttica por induccin electroesttica

La induccin es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo.Un cuerpo cargado elctricamente puede atraer a otro cuerpo que est neutro. Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interaccin elctrica entre las cargas del primero las del cuerpo neutro. Como resultado de esta interaccin, la distribucin inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro. En este proceso de redistribucin de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas se carga positivamente encambioen otras negativamente. Se dice que aparecen cargas elctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado, denominado inductor, induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

Generadores de electricidad esttica

ElectrforoElelectrforoes un generador deelectricidad estticade tipo capacitivoformado por uncondensadorde plato simple, operado manualmente. Produce cargas electrostticas mediante un proceso de induccin electrosttica.El primer electrforo fue inventado en 1762 por el profesorJohannes Carl Wilcke. Luego el cientfico italianoAlessandro Voltaperfeccion y populariz este dispositivo en 1775, lo que ha llevado a acreditarle errneamente su invencin.Alessandro Voltaacu el trminoelectrforoa partir del griego ('lektron'), y ('phero'), es decir, portador deelectricidad.

Esquema del electrforoEl objetivo delelectrforoes cargar positivamente un disco de material cargadoconductor.Est formado por: un disco de material conductor, generalmente metlico, con un mango aislante para sostenerlo (en el dibujo superior se ve el mango, en los esquemas debajo no est representado); una lmina de material aislante. En la versin original era una torta de resina; piel de gato (en la versin original), piel de conejo, o un simple tejido de lana bien seco, ms fcil de conseguir.

FuncionamientoEl electrforo funciona de la siguiente manera:1. En primer lugar, se frota la superficie superior de la torta de resina o de la lminaaislantecon la piel de gato o conejo (del lado de los pelos), o con un tejido delana, a fin de que la superficie quedecargadanegativamente porfriccin. Una vez que el aislante est cargado, se acerca el disco metlico sostenindolo por el mango aislante (figura 1), con lo que tanto el disco conductor, como la torta de resina o la lmina aislante, sepolarizan, situndose las cargas negativas del conductor en la superficie superior como consecuencia de la repulsin ejercida por las cargas negativas que el material aislante tiene en su superficie.2. Se apoya el disco conductor encima del aislante, en contacto. Como el aislante tiene exceso de carga negativa su potenciales negativo; como estn prximos, el potencial del disco metlico neutro tambin es negativo.3. Se conecta el disco conductor atierra(si no se tiene algo que sirva de toma de tierra, basta con que se toque con un dedo); como la tierra est a potencial de 0 V y el disco metlico tiene un potencial negativo, el disco tiende a perder carga negativa. Se origina unacorrientede carga negativa (circulacin deelectrones) desde el disco hasta la tierra, que cesa cuando el potencial del disco es 0 V. Esto sucede cuando el disco queda cargado positivamente de forma que su potencial positivo se anula con el negativo generado por el aislante, con lo que el potencial total es de 0 V. Dicho de otra manera, as se refiere a tierra el potencial de la cara superior del material aislante.4. Se desconecta el disco metlico de la toma de tierra, el potencial elctrico sigue siendo de 0 V.5. Se separa el disco metlico del aislante, agarrndolo por el mango, ya que si se tocase el disco con la mano, en el momento en que se alejase el disco de la lmina aislante, el potencial del disco pasara de 0 V a un potencial positivo, con lo que electrones del cuerpo pasaran al disco, descargndolo. Esta accin de alejar el disco del material aislante cargado es la que inducir en el disco metlico una carga de algunos miles de voltios.Ahora el disco metlico ha quedado cargado positivamente; si tiene una carga suficiente y se acerca un dedo al disco sin tocarlo, se ver que salta una chispa entre el dedo y el disco, que quedar as descargado.La carga del disco metlico puede emplearse para distintos experimentos. Por ejemplo, si se pone el disco en contacto con un conductor aislado, se comprobar que la carga puede ser transportada a distancia. Como la carga esttica que la base dielctrica adquiri por frotamiento no se gasta durante el proceso de cargar el disco conductor, ste puede volver a cargarse muchas veces sin necesidad de frotarla nuevamente. Esto es as, porque la energa empleada para cargar el disco no es suministrada por la carga de la base dielctrica, sino por el trabajo mecnico de separar el disco de la base. Es por esta razn que Volta lo llamelettroforo perpetuo. En realidad, se lo use o no, la carga de la base dielctrica va perdindose lentamente a lo largo de las horas o das, sobre todo si hay altahumedad relativa ambiente, debido a la recombinacin con las partculas de la atmsfera que posean carga de signo opuesto.El cientfico alemnGeorg Christoph Lichtenbergconstruy en 1777 uno de los mayores electrforos que se han hecho. Tena poco menos de dos metros de dimetro, y el disco metlico deba subirse y bajarse con un sistema de poleas. Se reportaron chispas de hasta 38 cm (casi 400 000 voltios). Lichtenberg emple estas descargas para crear extraos dibujos ramificados, arborescentes, conocidos comoFiguras de Lichtenberg.Algunos otros pocos materiales aislantes, como ciertos vidrios especiales, pueden producir tensiones de polaridad invertida.

Mquina de WimshurstLamquina de Wimshurstes ungenerador electrostticode altovoltaje desarrollado entre 1880 y 1883 por el inventorbritnicoJames Wimshurst(1832-1903). Tiene un aspecto distintivo con dos grandes discos a contra-rotacin (giran en sentidos opuestos) montados en un plano vertical, dos barras cruzadas con cepillos metlicos, y dos esferas de metal separadas por una distancia donde saltan las chispas. Se basa en elefecto triboelctrico, en el que se acumulan cargas cuando dos materiales distintos se frotan entre s.

DescripcinEstas mquinas que pertenecen a una clase de grupos de generadores, que creancargas elctricasporinduccin electrosttica. En un principio las mquinas de esta categora fueron desarrolladas porWilhelm Holtz(1865 y 1867),Agosto Toepler(1865), y J. Robert Voss (1880). Las mquinas ms antiguas son menos eficientes y exhiben una tendencia imprevisible a cambiar de polaridad. La mquina de Wimshurst no tiene este defecto.En una mquina Wimshurst, los dos discos de aislamiento y sus sectores de metal giran en direcciones opuestas que pasan por las barras neutralizadoras cruzadas de metal y por sus pinceles. Un desequilibrio de cargas es inducido, amplificado y almacenado por dos pares de peines de metal con los puntos situados cerca de la superficie de cada disco. Estos colectores se montan sobre un soporte aislante y conectado a una salida terminal. La retroalimentacin positiva, aumenta la acumulacin de cargas en forma exponencial hasta que la tensin de ruptura dielctrica del aire alcanza una chispa.La mquina est lista para comenzar, lo que significa que la energa elctrica externa no es necesaria para crear una carga inicial. Sin embargo, se requiereenerga mecnicapara tornar los discos en contra el campo elctrico, y es esta energa que la mquina convierte en energa elctrica. La salida de la mquina de Wimshurst es esencialmente unacorriente constanteya que es proporcional al rea cubierta por el metal y los sectores a la velocidad de rotacin. El aislamiento y el tamao de la mquina determinan la salida de voltaje mxima que se puede alcanzar. La chispa de energa acumulada se puede aumentar mediante la adicin de un par defrascos Leyden, un tipo decondensadoradecuado para la alta tensin, con los frascos en el interior de las placas conectados en forma independiente a cada una de las terminales de salida y conectados con las placas exteriores entre s. Una mquina Wimshurst puede producir rayos que son aproximadamente un tercio del dimetro del disco de longitud y varias decenas de microamperes.

Generador de Van de GraaffElgenerador de Van de Graaffes una mquina electrosttica que utiliza una cinta mvil para acumular grandes cantidades decarga elctricaen el interior de una esfera metlica hueca. Las diferencias de potencial as alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los cincomegavoltios. Las diferentes aplicaciones de esta mquina incluyen la produccin derayos X, esterilizacinde alimentos y experimentos defsica de partculasyfsica nuclear.

FuncionamientoEl generador consiste en una cinta transportadora de material aislante motorizada, que transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la esfera por induccin en la cinta, ya que la varilla metlica o peine est muy prximo a la cinta pero no en contacto. La carga, transportada por la cinta, pasa al terminal esfrico nulo por medio de otro peine o varilla metlica que se encarga de producir energa; esto hace que las partculas de energa que se encuentran dentro de la esfera al hacer contacto con otro cuerpo similar (que produzca energa) absorbe aquella produciendo esttica en el cuero capilar u otro objeto que este en contacto directo.

Aparatos para determinar la presencia de cargas electroestticas

ElectroscopioElelectroscopioes un instrumento que se utiliza para saber si un cuerpo est cargado elctricamente. El electroscopio consiste en una varilla metlica vertical que tiene unaesferaen la parte superior y en el extremo opuesto dos lminas dealuminiomuy delgado. La varilla est sostenida en la parte superior de una caja devidriotransparente con un armazn decobreen contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo de electricidad se repelen, separndose, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsin electrosttica se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera, las lminas, al perder lapolarizacin, vuelven a su posicin normal.Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede determinarse el tipo de carga elctrica de un objeto aproximndolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto est cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos.Un electroscopio pierde gradualmente su carga debido a laconductividad elctrica del aire producida por su contenido eniones. Por ello la velocidad con la que se carga un electroscopio en presencia de uncampo elctricoo se descarga puede ser utilizada para medir la densidad de iones en el aire ambiente. Por este motivo, el electroscopio se puede utilizar para medir la radiacin de fondo en presencia de materialesradiactivos.El primer electroscopio conocido, elversorium, un electroscopio pivotante de hojuelas de oro, fue inventado porWilliam Gilberten 1600

Explicacin de su funcionamientoUn electroscopio es un dispositivo que permite detectar la carga de un objeto cargado aprovechando el fenmeno de separacin de cargas porinduccin.Si acercamos un cuerpo desnudo cargado con carga positiva, por ejemplo unbolgrafoque ha sido frotado con un pao, las cargas negativas del conductor experimentan una fuerza atractiva hacia el bolgrafo. Por esta razn se acumulan en la parte ms cercana a ste. Por el contrario las cargas positivas del conductor experimentan una fuerza de repulsin y por esto se acumulan en la parte ms lejana al bolgrafo.Lo que ha ocurrido es que las cargas se han desplazado, pero la suma de cargas positivas es igual a la suma de cargas negativas. Por lo tanto la carga neta del conductor sigue siendo nula.Consideremos ahora que pasa en el electroscopio. Recordemos que un electroscopio est formado esencialmente por un par de hojas metlicas unidas en un extremo. Por ejemplo una tira larga depapel de aluminiodoblada al medio.Si acercamos el bolgrafo cargado al electroscopio, como se indica en la figura, la carga negativa ser atrada hacia el extremo ms cercano del bolgrafo, mientras que la carga positiva se acumular en el otro extremo, es decir que se distribuir entre las dos hojas del electroscopio.La situacin se muestra en la figura: los dos extremos libres del electroscopio quedaron cargados positivamente y como las cargas de un mismo signo se rechazan las hojas del electroscopio se separan. Si ahora se aleja el bolgrafo, las cargas positivas y negativas del electroscopio vuelven a redistribuirse, la fuerza de repulsin entre las hojas desaparece y se juntan nuevamente.Qu pasa si se toca con un dedo el extremo del electroscopio mientras esta cerca del bolgrafo cargado? La carga negativa acumulada en ese extremo "pasar" a la mano y por lo tanto el electroscopio queda cargado positivamente. Debido a esto las hojas no se juntan cuando se aleja el bolgrafo.

Aplicacin tecnologica de la electrostatica

Agricultura:En la agricultura se ha vendido con mucho xito para el control de plagas eficaz, adems reduce la cantidad de plaguicida y fertilizante.

Aplicacin de Soluciones al Cuerpo Humano:El bronceado color marrn sin sol utiliza los atomizadores electrostticos que fueron probados y utilizados en un esfuerzo conjunto entre ESS y uno de sus clientes.La maquina ofrece un nivel de calidad de la aplicacin y uniformidad que no tiene comparacin en la industria.El mismo enfoque se puede dar con otros usos, tales como aplicaciones de bronceadores, jabones, lociones, desinfectantes, an en medicina para vctimas por quemaduras.

Sanitizacion:La desinfeccin en hoteles y restaurantes usando los aspersores electrostticos es ideal porque da un tratamiento completo. Slo la electrosttica permite cubrir completamente las formas complejas y penetrar en grietas y rincones. Los propietarios y directores de hoteles y restaurantes pueden estar seguros de que ellos hacen todo lo posible para proporcionar un ambiente limpio y seguro. La aspersin puede realizarse con unidades porttiles.

Plantas Procesadores de Alimentos:El objetivo de las plantas procesadoras de alimentos es el ahorro de productos sanitizantes y conservadores, como en el caso de la limpieza de pltanos, en la industria crnica, etc. Las caractersticas de la electrosttica proporcionan un mejor cubrimiento de los productos y un ahorro de qumicos.

Des-contaminacin de Equipos y Personal:Efectividad mxima en la descontaminacin de agentes biolgicos o qumicos.Se pueden aplicar en vehculos teledirigidos para el interior de edificios o tneles al mantener a los operarios a una distancia segura.

Transportacin:La desinfeccin de los barcos y los aviones con servicios electrostticos ofrece a sus clientes mayor seguridad y salud. Tienen disponible un nuevo instrumento para eliminar virus localmente. Tambin en los transportes de productos y equipos que pueden llegar a contener una enfermedad o plagas.

Dispositivos Mdicos:Los centros mdicos desinfectan con dispositivos electrostticos al personal. Slo electroestticamente permite al desinfectante cubrir completamente las formas complejas y llegar a todas las superficies, penetrando en grietas y rincones. El personal que desinfecta puede hacerlo de varias maneras, inclusive instalando estaciones de roco para todos los que entren o salgan de un rea de aislamiento.

La Xerografa:Es un proceso de impresin que emplea electrosttica en seco para la reproduccin o copiado de documentos o imgenes. El proceso fue inventado el 22 de octubre de 1938 por Chester Carlson (1906-1968). Carlson, de origen pobre, logr graduarse en fsica. Con el tiempo consigui un trabajo de asistente con un abogado de patentes, donde realiz un trabajo intensivo en el uso de papeles. All se dio cuenta de la necesidad que exista de hacer copias de documentos de una manera simple y rpida. Entonces comenz a experimentar con cargas electrostticas y materiales fotoconductores, o sea materiales que modifican sus propiedades elctricas al ser expuestos a la luz. En 1938, a la edad de 32 aos, Carlson logr crear la primera imagen xerogrfica en su laboratorio.

La xerografa es la tecnologa base de la actuales fotocopiadoras, impresoras lser e impresoras digitales de produccin. Se estima que en 2004 se realizaron 4 billones de pginas en productos que hoy existen gracias a esta tecnologa, lo que la convierte en el mtodo ms usado para imprimir documentos en las oficinas.