Si caminas por una alfombra con calcetines de lana, hay muchas posibilidades de que el siguiente pomo que toques te sorprenda con una chispa. La electricidad estática es tan común que es fácil olvidar lo extraña que es.
¿Pero qué ocurre realmente cuando te encuentras con esas chispas?
El antiguo filósofo y matemático griego Tales de Mileto fue el primero en describir la electricidad estática, en el siglo VI antes de Cristo, pero los científicos han luchado durante décadas para responder a esa pregunta básica. Sin embargo, los investigadores que trabajan a nanoescala acaban de dar un gran paso adelante en la búsqueda de entender por qué el roce de dos superficies puede provocar una descarga.
Relacionado: ¿Por qué algunas frutas y verduras conducen la electricidad?
Por muy lisa que parezca una superficie, cuando se acerca lo suficiente, se notan protuberancias y picaduras. Los científicos llaman a estas imperfecciones «asperezas». Todas las superficies, desde los globos hasta las fibras como la lana o el pelo, están cubiertas de asperidades microscópicas. Y estas características son las responsables de la producción de electricidad estática, afirma Christopher Mizzi, candidato al doctorado en ciencia e ingeniería de materiales de la Universidad Northwestern de Evanston (Illinois).
En un estudio publicado en septiembre en la revista Physical Review Letters, Mizzi y sus coautores compararon las imperfecciones invisibles de los objetos cotidianos con la superficie de la Tierra. Si se mira la Tierra desde lejos, el planeta «parece muy liso, como una esfera perfecta», dijo Mizzi. Sin embargo, sabemos que, en realidad, la Tierra dista mucho de ser lisa, pero hay que mirarla de cerca para verlo. Sólo cuando «te acercas lo suficiente te das cuenta de que hay montañas y colinas», dijo. Del mismo modo, los objetos familiares parecen lisos hasta que se ven de cerca.
Cuando las superficies de dos objetos se rozan entre sí, sus asperezas se raspan, creando fricción. Los científicos saben desde hace tiempo que la fricción desempeña un papel en la electricidad estática. (De hecho, el término científico para la electricidad estática, triboelectricidad, comparte una raíz con la tribología, que es el estudio de la fricción.)
En el nuevo estudio, Mizzi y sus coautores demostraron cómo las asperezas que causan la fricción también provocan una impactante diferencia en la carga eléctrica.
Algo inusual sobre la electricidad estática es que es más fácil de producir utilizando materiales que restringen la electricidad conocidos como aislantes; estos incluyen el caucho, la lana y el cabello. En la electricidad corriente -la forma cotidiana de electricidad que alimenta los teléfonos, las luces y casi todos los demás aparatos electrónicos- los electrones crean corrientes al fluir a través de los átomos de los materiales conductores, como el cable de cobre. Pero los átomos de los aislantes no dejan que los electrones vayan y vengan con facilidad; se ganan su nombre al inhibir el flujo de electrones.
Mizzi y sus colegas descubrieron que la electricidad estática se produce cuando las asperidades de los aislantes se rozan entre sí e interfieren con las nubes de electrones. Como los electrones de los aislantes no pueden moverse con facilidad, ese roce puede deformar las nubes de electrones.
En estos materiales, la nube de electrones alrededor de los átomos suele ser simétrica. Cuando se observan estas nubes, «no se puede distinguir lo que está arriba de lo que está abajo, ni lo que está a la izquierda de lo que está a la derecha», dijo Mizzi.
Pero si se aprieta esa nube de electrones, se deforma, volviéndose asimétrica. En las circunstancias adecuadas, esa nueva forma puede distribuir el voltaje de forma desigual en el material, explicó Mizzi.
¿Qué tiene que ver esto con los calcetines de lana en la alfombra? Al caminar con ese calzado, la combinación del peso del cuerpo y el movimiento de las zancadas hace que las fibras de los calcetines se deslicen contra las fibras de la alfombra. Cuando los dos materiales se rozan de este modo, las protuberancias de una superficie arrastran las asperezas de la superficie opuesta, haciendo que se doblen. Cuando se produce esta curvatura, las nubes de electrones de los átomos que componen las asperezas se aplastan y adquieren formas asimétricas, lo que provoca una diferencia de voltaje muy, muy pequeña.
Aunque pequeños, estos cambios de voltaje se suman. Las asperezas son tan numerosas que el aplastamiento de las nubes de electrones provoca una importante acumulación de electricidad estática, lo suficientemente potente como para sentirla al tocar el pomo de una puerta o estrechar la mano de alguien.
Este nuevo conocimiento de la electricidad estática podría influir en los científicos que desarrollan tejidos que producen energía generada por la fricción para cargar dispositivos portátiles, lo que podría hacer que los productos fueran más eficientes. Y con una mejor comprensión de qué materiales no crean electricidad estática con facilidad, los ingenieros pueden trabajar para crear entornos de fabricación más seguros, por ejemplo, eliminando las partículas de polvo que pueden provocar incendios al rozarse entre sí.
«Cuando tienes un modelo, puedes empezar a hacer predicciones», dijo Mizzi.
- ¿Puedes electrocutarte orinando?
- Hacer funcionar el dinero: Usar monedas para generar electricidad
- ¿De dónde obtienen los electrones la energía para girar alrededor del núcleo de un átomo?
Publicado originalmente en Live Science.
Noticias recientes