¿Materia o electricidad? Cf N° 239

Autora: María Cristina Chaler.

CIENCIA FÁCIL                                            Número: 239
Serie: Una mirada de la química diferente.

¿Materia o electricidad?

La materia se presenta contundente ante nuestros ojos pero, en ella abunda el espacio vació y sólo es electricidad en tal estado que aparenta diversidad.

 La materia está formada por moléculas y éstas a su vez resultan de una combinación de átomos.  Estos pequeños componentes 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 a pesar de estar formado por cargas positivas que tienen tendencia a rechazarse entre sí, es bastante estable pues, los neutrones (partículas neutras) ejercen una fuerza nuclear muy fuerte que “empasta” y lo estabiliza.

Los electrones prácticamente no poseen masa y orbitan vertiginosamente alrededor del núcleo, en un gran espacio vació, neutralizando la carga nuclear. 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 que modificarían en forma transitoria esa neutralidad.

Si por algún motivo la materia pierde parte de sus electrones, resultará cargada positivamente por el predominio de la carga nuclear, contrariamente aquella que posea más electrones tendrá excedente de carga negativa.

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

Vamos a realizar un pequeño experimento

·        Tomamos un papelito, no muy grueso.  

·        Lo cortamos en pequeños pedacitos.  

·        Frotamos contra la ropa o con un paño una regla de plástico.

·        Acercamos  al papel.

Observación

Los papelitos 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 del material de plástico con el paño hace que se produzca transferencia de electrones de un cuerpo a otro (de paño a regla). El que recibe electrones se carga negativamente y el que los pierde queda  cargado positivamente.

La regla de material plástico tiene tendencia a tomar electrones por frotamiento de modo que adquirirá carga negativa y al acercarla a los papelitos pasara lo siguiente:

Como cargas opuestas se atraen, al acercar la regla cargada negativamente a los papeles los electrones de estos serán repelidos induciéndose  un polo positivo en el extremo del papel cercano a ella y un polo negativo en el extremo contrario (dos polos transitorios). Los papelitos  entre sí generarán el mismo fenómeno y así se encadenan atrayéndose  y pegándose unos con otros como pequeños imanes.

Como conclusión  del experimento deducimos que los cuerpos se electrizan por frotamiento cargándose positivamente si pierden electrones y negativamente si los reciben.

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

Otro modo de electrizar un cuerpo.
Cuando un objeto neutro es puesto en contacto con uno cargado eléctricamente, este último le transfiere carga eléctrica del mismo signo.     Debemos tener en claro que la materia se electriza  sólo por   movimientos de electrones. Se cargará negativamente  cuando recibe  electrones  y positivamente cuando los transfiere, quedando con déficit electrónico

·        Cuando un cuerpo negativo toma contacto con uno en estado de neutralidad le transfiere carga negativa, dicho de otro modo, le pasa electrones dejándolo negativo.

·        Cuando un cuerpo cargado positivamente toma contacto con otro neutro le quitará electrones dejándolo  con déficit electrónico es decir  con carga positiva. La apariencia es la transferencia de carga positiva pero esto no es la realidad ya que los protones nucleares no se movilizan.

Profundicemos en la explicación.

Supongamos que un cuerpo esté cargado positivamente (+) porque con el frotamiento se le han arrancado unos cuántos electrones, cuando toca a otro le quitará  electrones (por atracción) y lo cargará con electricidad del mismo signo (+).

Si contactamos a un cuerpo neutro con otro cargado de electricidad negativa

(-), o sea, con exceso de electrones, éstos se transferirán al cuerpo por contacto cargádose negativamente (-).

Concluimos que:

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

·        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 si tienen  puntas las cargas se acumulan y se produce  lo que denominamos viento eléctrico motivado por 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 llamado viento eléctrico.

 Una aplicación de este poder 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 con un cable conductor que a su vez está unido a una placa metálica que se entierra a cierta profundidad.

La nubes en los días de tormenta por frotamiento  con el viento 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 inverso.

Cuando una nube se acerca al pararrayos, le induce cargas de sentido contrario que generan un viento eléctrico y carga a las moléculas de aire a su alrededor. Éstas al alcanzar a la nube la neutralizan e impide la formación del rayo. Si este viento no llegase a la nube o la acumulación de cargas en ella es muy grande para ser neutralizada, se produce un rayo, que descarga a través del pararrayos que al estar unido a tierra evita daños.

Fenómenos cotidianos

Los días secos es muy probable que al peinarnos 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 por el frotamiento del aire se carga también de electricidad. Las colitas ruteras o cadenas sirven para descargarla 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 negativas según hayan perdido o ganado electrones, 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. Esto demuestra que nuestra ropa estaba cargada eléctricamente.

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