Procesos de electrificación son fenómenos en los que electrones se transfieren de un cuerpo a otro debido a una diferencia en la cantidad de cargos electricos existente entre dos o más cuerpos, o incluso por la adquisición de energía de la fricción entre cuerpos.
Existen tres tipos de procesos de electrificación, son: fricción, contacto e inducción. Comprender cómo ocurren estos procesos, tanto a través de sus definiciones como a través de la realización de ejercicios, es parte fundamental del estudio de yletrostatica - una de las áreas de física más destacadas entre los contenidos de física en el Examen Nacional de Bachillerato (Enem).
Vea también: Consejos sobre qué estudiar para las preguntas de física de Enem
¿Qué es la electrificación?
La electrificación es el proceso de convertir un cuerpo eléctricamente neutro en un cuerpo eléctricamente cargado. Los cuerpos neutrales son aquellos que tienen la misma cantidad de protones y electrones, ya que estas son las partículas subatómicas dotadas de carga eléctrica.
Todos los procesos de electrificación consisten en retirar o suministrar electrones a un cuerpo. No se puede decir lo mismo de los protones, que, debido a que están atrapados en el núcleo atómico, no se puede llevar entre un átomo y otro. De ese modo, cuando un cuerpo neutro recibe electrones, su carga se vuelve negativa, en cambio, cuando pierde electrones, su carga se vuelve positiva.
Ellos existen tres formas distintas de electrificación: por fricción, por contacto y por inducción. En este artículo, analizaremos cada uno de ellos en detalle, comenzando por el primero.
electrificación por fricción
La electrificación por fricción ocurre principalmente cuando dos o más cuerpos aislantes se frotan entre sí. El proceso de frotar los cuerpos da energía a los electrones en estos materiales. Los electrones de los materiales aislantes a menudo se ven fuertemente atraídos por los núcleos de sus propios átomos, por lo que necesitan energía extra para saltar de un cuerpo a otro.
Durante la electrificación por fricción, uno de los cuerpos pierde electrones y el otro gana electrones. De esta forma, al final del proceso, los dos cuerpos tendrán cargas de igual módulo pero de signos opuestos.
No todos los cuerpos se electrificarán cuando se froten, para saber qué pares de materiales, cuando se frotan, se electrifican, es necesario conocer su afinidad eléctrica, ya que hay materiales que tienden a ganar electrones, pero también hay quienes “prefieren” perderlos. Esta afinidad se describe empíricamente mediante una tabla conocida como serie triboeléctrica.
LA serie triboeléctrica separa diferentes materiales según su tendencia a ganar o perder electrones. en la mesa|1| a continuación, por ejemplo, el primeromateriales en la parte superior, están los que tienden a adquirir cargaspositivo cuando se frotan, es decir, tienden a perderelectrones. Tú últimos materiales, a su vez, son los que tienden a absorber electrones y, por tanto, a presentar cargas negativas después de frotarlo, verifique:
Material |
Piel de la mano humana (seca y sin grasa) |
Vidrio |
Cabello humano seco y sin grasa |
Acrílico |
Allí |
Papel (sulfito, servilletas, papel para secarse las manos, etc.) |
Goma de globo inflado |
Plástico PVC, PP, vinilo (paja, bolsas de plástico, revestimientos de pvc, etc.) |
Teflón |
Para saber qué materiales son compatibles, es decir, cuáles quedarán electrificados al frotar, debemos Elija los más alejados entre sí en la tabla, como el último y el primero, por ejemplo. Al hacer esto, nos aseguramos de que uno de los elementos absorba los electrones liberados por el otro elemento con el que se frota.
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Electrificación por contacto
La electrificación por contacto consiste en hacer que dos cuerpos conductores entren en contacto, siempre que al menos uno de ellos esté precargado. Este tipo de electrificación ocurre con mayor frecuencia entre materialesconductores, ya que los electrones en ellos son libres y, por lo tanto, están dotados de gran movilidad. De esta forma, no se necesita energía adicional para hacerlos saltar de un cuerpo a otro.
cuando dos cuerpos conductores idénticos y el tacto cargado eléctricamente, los electrones pasan de un cuerpo a otro hasta que las cargas eléctricas de ambos son iguales. Por lo tanto, si queremos saber cuál es la carga final entre ellos, solo tenemos que hacer el media aritmética de las cargas:
La ecuación anterior es solo valido para el caso donde dos cuerpos conductores idénticos se ponen en contacto, si el caso en cuestión involucró el contacto simultáneo entre n cuerpos, se debe tener en cuenta el número de cuerpos, verificar:
Finalmente, si los cuerpos son de diferentes tamaños, debemos darnos cuenta de que solo habrá movimiento de electrones mientras haya diferencia de potencial entre ellos, por lo tanto, el paso de electrones cesará cuando el potencial eléctrico es el mismo para cada uno de ellos.
Considere dos esferas conductoras A y B, de diferentes radios, denominadas RLA y RB. En la siguiente figura, mostramos el fórmula de potencial eléctrico de cada una de estas esferas, luego las emparejamos para obtener la fórmula que nos permite calcular la carga eléctrica en estas esferas después del contacto entre ellos, mirar:
QLA y QB - carga eléctrica de los cuerpos A y B
RLA y RB- rayos de los cuerpos A y B
ULA meB- potencial eléctrico de los cuerpos A y B
electrificación por inducción
La electrificación por inducción consiste en acercar un cuerpo previamente cargado, llamado inductor, a un cuerpo conductor eléctricamente neutro, llamado inducido, de modo que la presencia de las cargas en el inductor hace que los electrones del cuerpo inducido se muevan en su interior, provocando una polarización de cargas.
LA polarización de cargas no es más que una separación entre cargas positivas y negativas. Cuando está polarizado, el cuerpo inducido sigue siendo neutro, ya que tiene la misma cantidad de protones y electrones. Por lo tanto, para que este cuerpo se electrifique, es necesaria la presencia de otro cuerpo, o incluso un medio a través del cual puedan fluir los electrones. Como regla, un suelo, que consiste en conectar el cuerpo inducido a tierra, mediante un hilo conductor.
Después de la puesta a tierra, los electrones presentes en el cuerpo del inducido pueden fluir hacia tierra o desde el suelo hacia el cuerpo del inducido, según el signo de las cargas presentes en el cuerpo del inductor.
En resumen, el proceso de electrificación por inducción se lleva a cabo en los siguientes pasos:
- Paso 1: Aproximación entre el inductor y el inducido.
- Paso 2: Polarización de cargas del inducido debido a la aproximación del inductor.
- Paso 3: Puesta a tierra del inducido, en presencia del inductor, para que los electrones puedan fluir desde el suelo o hacia el suelo.
- Paso 4: Remoción de tierra.
- Paso 5: Holgura del inductor.
Vea mas: Inducción electromagnética: responsable de la aparición de corrientes eléctricas en materiales conductores.
Ejercicios sobre procesos de electrificación
Pregunta 1) (IF-SP) La siguiente tabla muestra la serie triboeléctrica:
Piel de conejo |
 |
Vidrio | |
Cabello humano | |
Mica | |
Allí | |
piel de gato | |
Seda | |
Algodón | |
Ámbar | |
Ebonita | |
Poliéster | |
Poliestireno | |
El plastico |
A través de esta serie, es posible determinar la carga eléctrica que adquiere cada material cuando se frota con otro. La espuma de poliestireno, cuando se frota con lana, se carga negativamente.
El vidrio, cuando se frota con la seda, se cargará:
a) positivamente, ya que ganó protones.
b) positivamente, ya que perdió electrones.
c) negativamente, ya que ganó electrones.
d) negativamente, ya que perdió protones.
e) con carga eléctrica nula, ya que es imposible electrificar el vidrio.
Realimentación: Letra b
Resolución:
Dado que el vidrio aparece antes que la seda en la serie triboeléctrica, tiene una mayor tendencia a adquirir cargas eléctricas positivas que la seda, por lo que la alternativa correcta es la letra b.
Pregunta 2) (IF-SP) El rayo es una descarga eléctrica de alta intensidad que conecta las nubes de tormenta con la atmósfera y el suelo. La intensidad típica de un rayo es de 30.000 amperios, unas mil veces la intensidad de una ducha eléctrica, y los rayos viajan distancias del orden de 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Consultado en: 30.10.2012.)
Durante una tormenta, una nube cargada positivamente se acerca a un edificio que tiene un pararrayos, como se muestra en la siguiente figura:
Según el comunicado, se puede decir que, al establecer una descarga eléctrica en el pararrayos,
a) los protones pasan de la nube al pararrayos.
b) los protones pasan del pararrayos a la nube.
c) los electrones pasan de la nube al pararrayos.
d) los electrones pasan del pararrayos a la nube.
e) los electrones y protones se transfieren de un cuerpo a otro.
Realimentación Letra D
Resolución:
Dado que la nube está cargada con cargas positivas, induce el movimiento de electrones desde el suelo, en contacto con el pararrayos, hacia la nube, ya que, como sabemos, las cargas positivas no se conducen, por lo que la alternativa correcta es la letra D.
Pregunta 3) (Mackenzie) Una esfera metálica electrificada, con una carga eléctrica igual a -20,0 μC, se pone en contacto con otra esfera eléctricamente neutra idéntica. Luego, la esfera se coloca contra otra idéntica, electrificada con una carga eléctrica igual a 50.0 μC. Después de este procedimiento, las esferas se separan.
La carga eléctrica almacenada en la esfera, al final de este proceso, es igual a:
a) 20,0 µC
b) 30,0 µC
c) 40,0 µC
d) 50,0 µC
e) 60,0 μC
Realimentación: Letra a
Resolución:
El comunicado habla de dos procesos de electrificación por contacto, ambos involucrando dos cuerpos, por lo que haremos el cálculo de la carga al final de cada proceso, comprobar:
Al sumar y dividir las cargas eléctricas en cada uno de los contactos, encontramos que la carga final debe ser de 20.0 µC, por lo que la respuesta correcta es la letra a.
Los grados
|1| Tabla tomada de: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/S%C3%A9rie%20Triboel%C3%A9trica.htm
Por Rafael Hellerbrock
Profesor de física
