ELECTRICITAT ESTÀTICA

Després d'una setmana sense poder fer programa, ni per tant, blog penjo l'aportació d'aquesta setmana a El Primer Cafè! Us aviso que la setmana vinent tampoc hi haurà secció! així que ens tornem a trobar el dimecres pre-setmana santa.

ELECTRICITAT ESTÀTICA

L'electricitat estàtica és l’acumulació d'un excés de càrrega elèctrica a la superfície d'un material amb poca conductivitat elèctrica. Quan l'excés de càrrega de l'objecte carregat es posa a prop d'un bon conductor elèctric o un altre objecte amb un excés de càrrega de polaritat oposada es produeix la descàrrega d’aquest excés d’energia.

Com es produeix?

Tots els objectes que veiem estan formats per àtoms, que són elèctricament neutres, perquè tenen el mateix nombre de càrregues positives (protons) que de càrregues negatives (electrons). Però si freguem dos objectes l’un contra l’altre, alguns electrons poden passar d’uns àtoms als altres (Fig.1). Els àtoms que guanyen nous electrons adquireixen càrrega negativa. Els que en perden, resulten carregats positivament. Quan les càrregues se separen d’aquesta manera, té lloc l’electricitat estàtica (Fig.2).

                                                         Fig.1

Fig.2



La càrrega de les persones pot ser tan elevada que acostar-se a un objecte conductor pot produir una descàrrega de guspires. Les enrampades es produeixen en els dos sentits: al transferir càrregues o al rebre-les, al tocar o al ser tocat. Aquestes situacions extremes s'esdevenen quan el cos té dificultats per alliberar la càrrega paulatinament, bé per un motiu meteorològic (falta d'humitat) o de vestimenta (calçat i roba aïllants). Quan finalment s’aconsegueix alliberar la càrregues, ho fa de cop i arriba l'enrampada. Si el contacte és violent i breu, llavors es produeix l'espurna.

El xoc elèctric que notem quan rebem una descàrrega electrostàtica és degut a l'estimulació dels nervis, quan el corrent neutralitzador flueix a través del cos humà. Gràcies a la presència d'aigua que hi ha arreu del món i que es mou, les acumulacions de càrrega no arriben a ser prou importants com per a causar corrents perillosos.

Història.

El fenomen de l'electricitat estàtica es coneix des de l'antiguitat: Tales de Milet (s.VI a.C.).

Al s. XVII Otto von Guericke va construir un generador electrostàtic (utilitza potència física, habitualment manual, i converteix el treball mecànic en energia elèctrica, generant càrregues electrostàtiques de signe oposat que són distribuïdes a través de dos conductors).

L’any 1750, Benjamin Franklin, va relacionar l’electricitat estàtica amb els núvols de tempesta à El llamp és un exemple de descàrrega electrostàtica a la natura. Tot i que els detalls no són del tot clars, es considera que la separació de les càrregues està relacionada amb el contacte i fregament que hi ha entre les partícules de glaç (fragments de cristalls d’aigua)  que formen els núvols de tempesta. Per tant, no és altra cosa que una versió a gran escala de les guspires que podem observar domèsticament (Fig.3).

Fig.3

Els físics havien considerat l'"electricitat estàtica" com un tipus d'electricitat: electricitat voltaica, bioelectricitat, termoelectricitat i magnetoelectricitat. Però l’any 1832, Faraday va publicar que els resultats de les seves investigacions sobre els diferents tipus d'electricitat, demostrant que la divisió que hom havia considerat no eren res més que diferents fenòmens.

Tots els cossos són capaços d'electritzar?

El vidre i els plàstics són exemples de cossos fàcilment electritzables. En fregar-los, les càrregues elèctriques es queden a la zona on s'ha fregat. El vidre i el plàstic són substàncies aïlladores: no condueixen els electrons.

Un objecte metàl·lic també s'electritza en fregar-lo, però les càrregues elèctriques no s'hi queden. Es distribueixen per tot el metall, passen al nostre cos i, seguidament, a terra. Per tant, és conductor d'electrons.

Com es pot evitar?

La generació d'electricitat estàtica és un fet inevitable, l'única cosa que es pot fer és anul·lar o pal·liar-ne els efectes, amb algunes mesures que els anul·len:

1. Recórrer a línies conductores artificials, mitjançant l’interconnexió. Es realitza amb l'objectiu de reduir al mínim les diferències de potencial entre objectes conductors. Una classe d'interconnexió és la posada a terra dels objectes conductors.
2. Utilitzar robes de cotó, i calçat de materials conductors: cuir, cànem i espart. Si es porten robes acríliques o si s'utilitza calçat sintètic aïllant no l’evitarem, ja que les sabates són la gran presa de terra del cos humà.
3. S'ha de procurar que l'ambient sigui humit, utilitzant humidificadors, quan la humitat relativa atmosfèrica sigui baixa, o bé quan el sistema de ventilació ressequi molt l'ambient.

Normalment, només notem l'electricitat estàtica a l'hivern, quan l'aire és molt sec. Durant l'estiu, l'aire és més humit. L'aigua que hi ha a l'aire ajuda els electrons a sortir del nostre cos, perquè és conductora de l'electricitat; per això no podem arribar a carregar-nos prou.

Curiositats

-          Enregistrament analògic: l’electricitat estàtica era una molèstia durant aquests processos, perquè podia atreure la pols cap els materials sensibles.

-          Fotografia: la pols s'acumulava sobre les lents i el resultat era la degradació de la imatge resultant.

-          Discs de vinil: la pols també malmetia de manera permanent l'enregistrament d’aquests, perquè es podia incrustar en els solcs quan l'agulla passava per sobre.

-          Pol·linització entomògama (abelles): l'electricitat estàtica és un element important en aquest procés biològic, ja que la càrrega del cos de les abelles ajuda a atreure i retenir el pol·len.

Perills

Malgrat l’aparent innocuïtat, l'electricitat estàtica pot tenir efectes perillosos en presència de materials o dispositius sensibles.

1. Components electrònics
Són extremadament sensibles a la presència de l'electricitat estàtica i poden ser malmesos per una descàrrega electrostàtica. Condensadors, transistors, altaveus, LED, etc.

2. Indústria química
Treballa amb substàncies inflamables, combustibles o explosives, que amb una petita guspira es pot iniciar una ignició.

3. Espai

Hi ha baixa humitat que pot provocar grans acumulacions de càrregues estàtiques que són un perill important per als dispositius electrònics que s'utilitzen als vehicles espacials, així com un risc per als astronautes.

4. Proveïment de cotxes i avions

    A les estacions de servei s’aconsella parar el motor mentre es posa benzina, ja que en presència de combustible es podrien incendiar els vapors. Aquest perill també és present als aeroports amb els avions.

L’APUNT

El famós rellotge de ferro fos (Fig.4), de més de 5.000 kg i sis metres d’alçada, i tres vegades més gran que el més gran construït fins aleshores, i creat expressament per la catedral de Barcelona al 1576, i situat fins l’any 1864 a la Torre de les Hores és l’estrella de l’exposició “Imaginary/BCN. La mirada matemàtica, les arts i el patrimoni” que ha inaugurat el Museu d’Història de Barcelona (Muhba), que explica la relació entre les matemàtiques i la geometria amb l’art i el patrimoni, present en la majoria dels edificis que ens rodegen.

Fig.4

També es parla de Leonardo i el famós Home de Vitruvi, dels treballs del físic, matemàtic i enginyer Esteve Terrades, la volta catalana, i com les equacions matemàtiques generen formes de colors (a partir d’un programa informàtic), entre d’altres.

Exposició a la Plaça del Rei a la Capella de Santa Àgata de Barcelona fins el 06/05/2012.

http://www.museuhistoria.bcn.es/