¿Cómo surgen las cargas electrostáticas?

Creación de carga electrostática

En su estado natural, los cuerpos tienen cantidades equilibradas de cargas positivas y negativas. Esto los hace eléctricamente inertes y no interactúan con su entorno. Sin embargo, como resultado de diversos fenómenos, estas cargas pueden moverse, dando lugar a superficies electrizadas. El principio de conservación de la carga establece que en un sistema aislado, la carga total no cambia, sólo puede moverse entre cuerpos. La unidad de carga es el culombio (C) y la carga fundamental es la del electrón: 1,602 × 10^-19 C.

Electrificación por contacto

• Transferencia de carga por contacto

  Durante el contacto entre dos cuerpos, los electrones pueden fluir. Como resultado, un cuerpo adquiere un exceso de electrones (carga negativa) y el otro una deficiencia (carga positiva). Se crea la llamada doble capa de cargas.

• Diferencia de potencial entre metales

  Cuando dos metales se acercan, puede producirse el llamado efecto túnel: los electrones fluyen del metal con un trabajo de salida más bajo al que tiene uno más alto. Se crea una diferencia de potencial y los metales se electrizan con signos opuestos según la serie de Volta.

• Contacto entre metal y semiconductor o aislante

  En los semiconductores y los aislantes, el flujo de electrones depende del tipo de material, la presencia de dopantes y la estructura de la superficie. La transferencia de electrones puede producirse entre un metal y un aislante y el signo de la carga depende de muchos factores.

• Contacto entre cuerpos no conductores

  Según la hipótesis de Lenard, los sólidos pueden tener una capa superficial cargada negativamente. Los cuerpos con una constante dieléctrica más alta ceden electrones más fácilmente, volviéndose positivos. Se forma entonces la llamada serie trieléctrica, pero su orden no es fijo y depende de las condiciones experimentales.

Electrificación por fricción

La fricción aumenta el número de puntos de contacto y la temperatura, lo que favorece la formación de cargas electrostáticas. Este tipo de electrificación, conocida como triboelectrificación, puede producirse incluso entre materiales idénticos. También se crean cargas cuando se impactan polvos, se transfieren gránulos o se aplica fricción al aire.

Electrificación por inducción

Si un cuerpo conductor se coloca en las proximidades de un campo eléctrico, las cargas internas se desplazan: unas se acumulan en un lado y otras en el otro. Una vez que el conductor se retira del campo y se separa, las cargas pueden permanecer en partes del conductor. En los aislantes, este proceso puede durar muchas horas.

Electrificación de la flota

Las altas tensiones aplicadas a los electrodos pueden provocar las llamadas descargas fugitivas, o descargas silenciosas en el gas. Éstas producen iones que se acumulan en las superficies cercanas -especialmente las no conductoras- creando cargas electrostáticas.

Electrificación de líquidos

Cuando un líquido fluye por tuberías, rebosa o salpica, puede producirse una separación de cargas en la interfase. Si el líquido conduce bien, las cargas se igualan rápidamente. Si no es así, pueden acumularse en las paredes, obstrucciones o extremos de las tuberías.

Electrificación durante la solidificación

Cuando los líquidos con moléculas que poseen un momento dipolar se congelan, se produce un ordenamiento de los dipolos, que es similar a la separación de cargas. Los iones de la solución se acumulan en la red cristalina, provocando la electrización de los cristales resultantes.

Electrificación piezoeléctrica

En algunos materiales, bajo presión mecánica, se crea una polarización eléctrica. Se produce un desplazamiento de cargas positivas y negativas que da lugar a una carga en la superficie del material.

Resumen

Las cargas electrostáticas pueden crearse de muchas formas distintas: por contacto, fricción, inducción, acción de campo, flujo de fluidos o deformación mecánica. Aunque estos mecanismos difieren, tienen algo en común: siempre implican el desplazamiento de cargas ya existentes, en lugar de crearlas de la nada. Comprender estos fenómenos es de gran importancia en muchos campos, desde la industria hasta las ciencias de la vida.