3 formas de producir carga electrostática en un cuerpo

¿Alguna vez has experimentado una descarga eléctrica breve al tocar la manija de una puerta? Suele pasar después de caminar descalzo sobre una alfombra o al bajar de un automóvil. Igualmente habrás podido observar destellos al quitarte ropa de tejido acrílico. Estos fenómenos son producidos por la electricidad estática que se produce sobre la superficie de los materiales aislantes.

La electricidad estática también puede ocasionar otros fenómenos. Todos sabemos que al frotar un objeto de plástico con el cabello, por ejemplo un globo o un bolígrafo, este es capaz de atraer cuerpos pequeños como trocitos de papel. Esta fuerza de atracción es muy pequeña y es necesario que los cuerpos sobre los que actúa sean muy ligeros y estén muy cercanos.

Estas son algunas de las formas que existen para producir carga electrostática en un cuerpo:

El cuerpo humano es un buen conductor, y cuando en el ambientes la humedad relativa es baja, acumula cargas electrostáticas que dan lugar a un potencial de varios miles de voltios. Estas cargas se generan por contacto del calzado con suelos aislantes o en las propias operaciones de fabricación.

Ver también: 6 precauciones para evitar accidentes por electricidad estática

La ropa utilizada tiene mucha influencia en la generación de electricidad estática. Aparte del calzado se deben incluir las prendas de seda, lana, y fibra sintética, las cuales constituyen un peligro al despojarse de ellas. Esta situación es particularmente peligrosa en quirófanos, instalaciones de fabricación de explosivos y ocupaciones similares.

En la instalaciones eléctricas residenciales, la acumulación de cargas electrostáticas se considera de bajo riesgo, pero si puede ser nociva para los aparatos electrodomésticos, por ello es que la instalación debe contar con formas efectivas de neutralizar estas cargas, sobre todo con un sistema de puesta a tierra efectivo.

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La estructura del átomo

Como hemos visto anteriormente, los átomos son esas partículas diminutas, indivisibles e inalterables, de que están formados los elementos existentes en la naturaleza.

Se han desarrollado muchos  modelos de la estructura del átomo para poder estudiarlo, algunos muy simples, otros muy complejos. Como electricistas, no necesitamos conocer los modelos más complejos de la estructura del átomo para entender el comportamiento de la electricidad en las instalaciones eléctricas residenciales. Vamos a analizar el modelo propuesto en 1913 por el físico danés Niels Bohr, ya que es uno de los modelos más sencillos de entender, pues compara la estructura del átomo con la del sistema solar.

Según este modelo, los átomos tienen una forma similar a la del sistema solar, con unas partículas alojadas en un centro llamado Núcleo, y otras partículas girando en trayectorias cerradas alrededor del núcleo llamadas Órbitas.

El núcleo está formado por varías partículas, pero las que nos interesan reciben el nombre de protones, a las cuales se les ha asignado un valor positivo, también llamado carga positiva.

A diferencia del sistema solar, donde el sol, ubicado en el centro del sistema, es el astro más grande, las partículas en el núcleo del átomo son mucho más pequeñas que aquellas girando en las órbitas; sin embargo, estas partículas concentran la mayor parte del peso del átomo. Es decir, los protones son las partículas más pequeñas del átomo, pero también son las más pesadas. Podríamos compararlas con pequeñas canicas, con tanto peso que se pegan entre sí, como si estuvieran unidas con “Kola-loka”. Esto evita que se muevan, de hecho, los protones siempre permanecen en su sitio.

La cantidad de protones en el núcleo de un átomo recibe el nombre de número atómico. Este número le otorga a cada átomo su identidad química. Un átomo con un protón es un átomo de hidrógeno, uno con dos protones es helio, con tres protones litio y así sucesivamente siguiendo la escala. También define su ubicación en la llamada tabla periódica de los elementos. Por ejemplo, el cobre tiene 29 protones en el núcleo, y ocupa el lugar número 29 en la tabla periódica.

Ver también: La materia y el átomo

En las órbitas se encuentran las partículas llamadas electrones, a las cuales se les ha asignado el valor o carga negativa. A pesar de ser partículas relativamente grandes, comparadas con los protones, también son las más ligeras; podríamos compararlas con enormes burbujas de jabón, con tan poquito peso, que pueden girar fácilmente alrededor del núcleo.

Un átomo en su estado natural es neutro y tiene un número igual de electrones y protones. Sin embargo, cada órbita puede contener un cierto número máximo de electrones: la primera órbita puede contener hasta 2 electrones, la segunda hasta 8 electrones, la tercera puede tener hasta 18 electrones, la cuarta hasta 32 electrones, la quinta hasta 50 electrones, la sexta hasta 72 electrones y la séptima hasta 98 electrones.  

Los átomos tienen la tendencia a completar sus últimas órbitas con una cantidad de 8 electrones. Esta propiedad es conocida como la regla del octeto. En estos casos, los electrones de la última capa literalmente hacen una “valla” alrededor del átomo e impiden que cualquier fuerza externa que se llegue a presentar los desprenda de su órbita. Cuando algunos átomos se combinan comparten las órbitas externas dando lugar a una especie de órbita común; si esta órbita común adquiere la configuración de 8 electrones, las molécula resultantes reciben el nombre de aislantes. 

Átomo de neón, con diez protones en el núcleo y diez electrones en las órbitas. La última órbita contiene ocho electrones haciéndolo un elemento muy estable.

Cuando existe un solo electrón en la última órbita, este puede desprenderse más fácilmente del átomo, por eso se le llama electrón libre. Si se manifiesta una fuerza que logre arrancar a los electrones libres de sus órbitas y hacer que se desplacen hacia otros átomos, entonces se produce la carga eléctrica de un cuerpo. Podemos decir que la electricidad está hecha de electrones libres. Los materiales que presentan electrones libres se llaman conductores.

Átomo de sodio, con electrón libre en la última órbita

Si queremos controlar a la electricidad, primero debemos poder medirla. Como la electricidad está hecha de electrones libres, la unidad elemental para medir carga eléctrica es el electrón libre. ¿Te imaginas cuantos electrones libres hay por ejemplo en un pedazo de alambre de cobre? Sería imposible de contar ya que el electrón libre es una es una unidad muy pequeña; sería casi como contar la cantidad de arena de una playa grano por grano. Sin embargo, cuando necesitamos contar  cantidades de partículas pequeñas (por ejemplo el arroz, el frijol, el maíz o la arena misma) se utilizan "paquetes" (bolsas o cajas) que aunque se miden por volumen, suponemos que pueden contener aproximadamente la misma cantidad de partículas. Por ejemplo, se calcula que en una bolsa con un kilogramo de arroz hay aproximadamente unos 30000 granos. De forma similar, el el sistema internacional de unidades, para medir la carga eléctrica se utiliza una unidad llamada Coulomb (en honor al físico francés Charles Coulomb). Esta unidad equivale a tener agrupados unos 6 billones de billones de electrones libres.

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La energía eléctrica, la materia y la energía

Para comprender el funcionamiento de las instalaciones eléctricas residenciales debemos comprender a la electricidad. Sabemos que la electricidad es energía, energía eléctrica, así como también son energía la luz (energía luminosa), el calor (energía calorífica), el sonido (energía sonora) y el movimiento (energía mecánica). Pero la energía eléctrica como tal no nos sirve para nada. Se vuelve útil hasta que entra a los aparatos electrodomésticos y en ellos se transforma en esos otros tipos de energía (luz, calor, sonido, movimiento) que nos proporcionan comodidades.

Entonces, para comprender la electricidad debemos comprender a la energía. Pero la energía es imposible de ver o tocar. Por ejemplo, nadie puede agarrar con las manos el sonido, doblarlo y meterlo en el bolsillo, ya que la energía es en sí invisible. Sin embargo podemos percibirla a través de su acción sobre la materia. Por lo tanto, para conocer, comprender y controlar a la energía, tenemos que comprender primero a la materia.

Ver también: 6 tipos de energías renovables

Se dice que la materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio, se puede presentar en diferentes estados en la naturaleza (sólido, líquido, gaseoso) y puede manifestar varias propiedades físicas. Por ejemplo, tomemos una galleta de chocolate. Esta galleta tiene una serie de propiedades físicas (color, olor, sabor, textura, temperatura) que la hacen única y diferente de las demás galletas. Si la partimos a la mitad, cada parte seguirá teniendo las mismas propiedades. Si la partimos nuevamente, cada porción habrá cambiando en tamaño, pero seguirá conservando las mismas propiedades físicas. Si seguimos partiendo la galleta podríamos llegar a obtener la partícula más pequeña, casi imperceptible, que todavía conserve todas las propiedades físicas de la galleta original. Esta última partícula que conserva todas las propiedades físicas de la materia original reciben el nombre de molécula. Existen moléculas famosas, como la del agua (H₂O, una mezcla de hidrógeno y oxígeno) o la de la sal (NaCl, o cloruro de sodio).

Como podemos observar con los ejemplos del agua y la sal, las moléculas están formadas por la unión de otras partículas más pequeñas. En el caso del agua tenemos  las del hidrógeno y el oxígeno, y en el caso de la sal tenemos las del cloro y el sodio). Estos "ingredientes básicos" reciben el nombre de elementos químicos. A diferencia de las moléculas, que están formadas por la unión de partículas diferentes, los elementos químicos son un tipo de materia constituida por partículas de la misma clase, todas iguales.

Antiguamente se pensaba que las partículas que formaban a los elementos era indivisibles, por eso recibieron el nombre de átomos (del griego ἄτομον o "átomon", que significa "sin división"). Como las moléculas que forman la materia están hechas de átomos, podemos concluir que toda la materia en el universo está hechas de átomos. Por lo tanto, para comprender a la electricidad, debemos comprender a los átomos.

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12 personajes de la historia que contribuyeron al desarrollo de la electricidad

Las instalaciones eléctricas residenciales nos brindan mucha comodidades, pero, en la antigüedad, nadie se hubiera imaginado que con oprimir un botón sería suficiente para obtener muchas de las comodidades a las que estamos acostumbrados gracias a la energía eléctrica.

A continuación te presentamos un breve resumen con 12 personajes históricos que contribuyeron al desarrollo de la electricidad como la conocemos actualmente:

1. Los primeros fenómenos eléctricos fueron descritos por el filósofo griego Tales de Mileto, al rededor del año 600 a.C . Según se cuenta, un día casi por accidente, Tales descubrió que al frotar una pieza de ámbar con un trozo de piel de gato, podía atraer algunos cuerpos ligeros como polvo, cabello o paja. De hecho, la palabra electricidad proviene del vocablo griego elektron, que significa ámbar. El ámbar es una resina fósil transparente de color amarillo, producida en tiempos muy remotos por árboles que vivieron hace millones de años.
   
   
   


2. 1600. En Inglaterra, William Gilbert clasificó los materiales, tomando como base la "propiedad mágica" del ámbar de poder atraer pequeños objetos al ser frotado. Gilbert llamó eléctricos a los materiales que se comportaban como el ámbar y no eléctricos, a los que no lo hacían.
   
   
   


3. 1663. El físico alemán Otto von Guericke construyó la primera máquina para producir electricidad, que se cargaba con electricidad estática, muy similar a la obtenida con el ámbar. La máquina estaba constituida por una esfera de azufre, montada sobre un eje, al que una manivela hacía girar rápidamente; apoyando la mano o un trapo sobre la esfera giratoria, ésta se elecrizaba lo suficiente para atraer objetos ligeros, e incluso para producir pequeñas chispas visibles en la oscuridad.
   
   
   


4. 1745. El físico holandés Pieter Van Musschenbroek inventa un dispositivo eléctrico con el cual descubre la condensación eléctrica, al darse cuenta de que dos metales separados por un material aislante pueden almacenar cargas eléctricas diferentes. Musschenbroek popularizó su dispositivo y como trabajaba en la universidad de Leyden, en Holanda, el aparato de su invención recibió el nombre de "Botella de Leyden". Actualmente a este dispositivo también se le conoce como condensador eléctrico o capacitor, y es parte importante de varios aparatos eléctricos y electrónicos.
   
   
   


5. 1752. El norteamericano Benjamín Franklin realiza su célebre experimento para confirmar que el rayo era efecto de la conducción eléctrica. Arriesgándose a morir electrocutado, remontó una cometa a gran altura durante una tormenta, para que una chispa bajara por la cuerda hasta una llave que él tenía en la mano. Le dio una aplicación práctica a este descubrimiento, inventando el pararrayos. Franklin también postuló que la electricidad era un fluido y clasificó a las sustancias en eléctricamente positivas o negativas de acuerdo al exceso o defecto de ese fluido.
   
   
   


6. 1777. Charles Coulomb, científico francés (1736-1806), estudió las leyes de la fuerzas de atracción y repulsión relacionadas con las cargas eléctricas, y logró medir el valor de dichas fuerzas.
   
   
   


7. 1794. El físico italiano Alessandro Volta inventa la primera pila eléctrica del mundo.
   
   
   


8. 1821. Michael Faraday, físico y químico inglés descubrió cómo podía emplearse un imán para generar una corriente eléctrica en una espiral de hierro. Con sus descubrimientos, Faraday logró inventar el generador eléctrico.
   
   
   


9. 1827. El físico alemám George Ohm descubrió la resistencia eléctrica de un conductor. Estableció la Ley Fundamental de las Corrientes eléctricas al encontrar la existencia de una relación entre la resistencia de un conductor, la diferencia de potencial en los polos de la fuente y la intensidad de la corriente eléctrica.
   
   
   


10. 1843. El físico inglés James Joule estudió los fenómenos producidos por las corrientes eléctricas y el calor desprendido de los circuitos eléctricos.
    
    
    


11. 1879. Thomas Alva Edison inventa la lámpara eléctrica, que universalizaría el uso de la electricidad.
    
    
    


12. 1888. El yugoslavo Nikola Tesla inventa del motor de corriente alterna y estudia las corrientes “polifásicas”, es decir, transportadas en varios conductores. El sistema Tesla ha sido la clave de la explotación industrial de la corriente alterna.
    
    
    

En los últimos sesenta y cinco años el estudio de la electricidad ha evolucionado intensamente porque se han comprobado sus ventajas sobre otras clases de energía.
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La importancia del electricista

Anteriormente comentábamos como sería un mundo sin electricidad. ¿Recuerdas lo terrible que se nos imaginaba? No podríamos ver televisión, ni escuchar música de la radio o los discos compactos. No podríamos utilizar los refrigeradores ni los focos. Tampoco existirían el teléfono, las computadoras... ¡y el internet!

La electricidad se ha convertido en una de las formas de energía más utilizadas en el mundo actual. En nuestros tiempos, se puede considerar prácticamente indispensable, ya que sus efectos se manifiestan directamente en la vida cotidiana de cualquier individuo.

De hecho, puede decirse que la electricidad se usa en todas partes.

Ver también: La importancia de la electricidad.

Hacer instalaciones eléctricas residenciales, o hacer reparaciones en dichas instalaciones no es cosa difícil. Cumpliendo con los procedimientos de seguridad y haciendo caso del sentido común, te darás cuenta que los trabajos eléctricos en el hogar son seguros, sencillos y una fuente real de satisfacción. Por otra parte, estás ante la oportunidad de iniciarte en un trabajo que quizá más adelante llegue a convertirse en una fuente de ingresos permanente.

En un mundo que cada día se hace más dependiente de la electricidad,es cada vez más evidente la importancia del oficio de electricista. Sin los electricistas que puedan interpretar correctamente los planos eléctricos, que puedan cuantificar el material necesario para la instalación y hacer el presupuesto correspondiente, que puedan realizar los trabajos de ranurado, entubado, cableado y vestido de las instalaciones eléctricas, sería prácticamente imposible poder disfrutar de ellas.

El electricista gana importancia, así como también crece la responsabilidad que tiene en sus manos. Una instalación mal ejecutada puede ocasionarle gastos innecesarios a los clientes en forma de desperdicio de energía eléctrica y al mismo tiempo contribuir a dañar el medio ambiente. Puede convertirse en un peligro para los usuarios e incluso para el propio instalador. Por eso el electricista debe estar siempre pendiente de cuidar la seguridad en tres aspectos importantes:

1. La vida humana, tanto la de los usuarios que van a utilizar las instalaciones como la vida misma del instalador.


2. Los bienes materiales. Se debe garantizar la seguridad de los aparatos electrodomésticos que se han de conectar a la instalación eléctrica.


3. La instalación eléctrica en si misma, ya que una instalación ejecutada de manera irresponsable puede llegar a ocasionar un incendio.

Es por eso que la capacitación constante es necesaria. Humildemente debemos reconocer y aceptar que no lo podemos sabe todo y constantemente debemos seguir capacitándonos, por muchos años de experiencia que tengamos en el medio. La tecnología evoluciona muy rápido y debemos seguirle el ritmo, si queremos proporcionar a nuestros clientes un servicio siempre de calidad.

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