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Campos y transferencias electrostáticas

Campos de fuerza

l espacio que rodea a los cuerpos cargados y en el cual dejan sentir su influencia, se denomina campo de fuerza electrostática. El campo electrostático está determinado siempre por un objeto material y se extiende al espacio que rodea el punto de origen disminuyendo generalmente en proporción con el cuadrado de la distancia.

Gráficamente, se representan los campos de fuerza mediante líneas de dirección e intensidad. La intensidad se representa por el número de líneas por unidad de superficie, y la dirección por la flecha. Para evitar confusión, las líneas de fuerza de una carga positiva se representan siempre saliendo, y las líneas de una carga negativa siempre entrando.

En las figuras anteriores se muestran las líneas de fuerza en cargas que se suponen iguales y se encuentran aisladas, es decir, que no existe influencia eléctrica entre ellas. Se observa como por su aislamiento presentan igual número y equidistancia de líneas.

En las figuras anteriores se representan las líneas de fuerza entre dos cargas positivas y dos cargas negativas. Cada línea de fuerza electrostática tiene una dirección definida. Estas líneas no pueden nunca cruzarse unas sobre otras.

Transferencia de cargas

Como ya se explicó en artículos anteriores, los cuerpos neutros pueden cargarse positiva o negativamente mediante algún método, habitualmente por frotamiento. Esas cargas que se encuentran estáticas, pueden transferirse a otros cuerpos por contacto, conducción o transferencia electrostática; durante ese proceso dejan de ser cargas estáticas, convirtiéndose en electricidad dinámica.

Transferencia por contacto

Se puede efectuar la transferencia de la carga de un objeto hacia otro mediante el contacto entre ambos. Por ejemplo, una barra de vidrio cargada positivamente cuando se pone en contacto con una bola de médula de sauco cargada negativamente, se produce una corriente eléctrica entre ambas buscando el equilibrio de electrones.

Transferencia por conducción

Supongamos una esfera de metal que ha sido cargada negativamente, y un conductor de cobre unido a otra esfera de metal descargada o neutra. Los electrones de la esfera cargada se trasladan a la otra esfera a través del conductor, igualando las cargas.

Dos cuerpos, en este caso uno cargado negativamente y el otro neutro, proveen la fuerza necesaria para que haya movimiento de electrones (flujo de corriente) a través de un conductor. Siempre que la corriente fluya a través de un cuerpo descargado, cesa de ser electricidad estática para convertirse en electricidad dinámica. La fuerza que hace que los electrones se muevan por un conductor, en forma de corriente eléctrica, se denomina fuerza electromotriz, voltaje o diferencia de potencial. Cuando existe diferencia de potencial entre dos cuerpos que están conectados a un conductor, los electrones fluirán por éste. Este flujo se efectúa desde el cuerpo cargado negativamente hacia el otro cuerpo hasta que las cargas se compensen y la diferencia de potencial deje de existir.

Transferencia por inducción

La transferencia electrostática de cargas por inducción se produce cuando un cuerpo que está cargado la transfiere a otro sin que exista contacto físico entre ellos. Un disco cargado negativamente enfrentado a un segundo disco, pero sin contacto físico, hace que los electrones de éste sean repelidos hacia su lado derecho. Si el contacto se cierra los electrones fluirán a tierra (tierra o masa se considera siempre un cuerpo neutro).

Si una vez transcurrido cierto tiempo se abre el interruptor, el segundo disco tendrá falta de electrones, y por tanto estará cargado positivamente. Cuando se cerró el interruptor los electrones del segundo disco fluyeron a tierra. Esto es otro ejemplo de electricidad dinámica, la corriente se ha producido aunque los discos no estaban conectados entre sí.

Descarga de un cuerpo

Hasta ahora hemos estudiado la forma de cargar un cuerpo y de transferirla a otros cuerpos, sin embargo también es posible realizar el proceso inverso. En el ejemplo anterior de las transferencia electrostática de cargas, si apartamos el disco uno de las inmediaciones del disco dos, de tal forma que las líneas de fuerza no actúen sobre éste, los electrones volverán desde tierra al disco dos dejándolo neutro.

Eso es posible porque la tierra se considera siempre neutro, a causa de que su masa es tan grande que puede admitir o dar electrones sin cambio alguno en su carga. Así, la frase "dar a masa" o "cortocircuitar a masa", cuando se utiliza en relación con un cuerpo cargado, significa descargar el cuerpo de tal manera que sea neutro con respecto a tierra.

Distribución de cargas

Tanto las varillas como las esferas utilizadas en los experimentos de electricidad estática descritos, tienen superficies uniformes. Faraday y otros científicos han demostrado en varios objetos que las cargas se distribuyen solas según una determinada regla fija. Por ejemplo, si una esfera hueca se carga positiva o negativamente no hay campo electrostático en su interior, y sin embargo las cargas están uniformemente repartidas en su superficie externa.

Los cuerpos de superficies irregulares, con puntos afilados, pierden sus cargas más rápidamente que otros con superficie uniforme, a causa de que la densidad de electrones es mayor en un extremo puntiagudo. Como las moléculas de aire que rodean a un cuerpo, se ponen en contacto con él, absorben algunos de sus electrones, es decir se cargan y son repelidas. En el extremo puntiagudo de un cuerpo las moléculas de aire adquieren una carga mucho mayor y son repelidas con mucha más fuerza, lo que causa que el cuerpo pierda su carga más rápidamente. Esta pérdida de electrones se denomina dispersión. Esa rápida descarga efectuada por un punto es el principio en que se basan los pararrayos, los cuales son construidos con muchas agujas para permitir la descarga rápida de electrones entre la estructura que protegen y una nube cargada positivamente.

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