¿Qué es la electricidad estática?

Question

Estoy teniendo algunas dificultades para entender completamente el concepto de electricidad estática . ¿Qué ocurre realmente? ¿Es porque los electrones no pueden moverse? Y si es así, ¿por qué no pueden moverse?

Answer 1

"Electricidad estática" es un nombre bastante pobre para la situación en la que un objeto grande posee una carga eléctrica neta . "Estática", sin más, es un mal nombre para el "exceso de carga". Todos los objetos hechos de materia ordinaria(*) contienen cargas eléctricas positivas y negativas, del mismo tamaño individualmente, en forma de protones y electrones respectivamente. En la mayoría de los casos, hay igual número de éstos y, por tanto, el objeto no posee red de la carga. En algunos casos, sin embargo, puede haber un exceso o una deficiencia de una con respecto a la otra, es decir, tenemos más electrones que protones, o más protones que electrones, en el objeto, y decimos en esa situación que existe una carga neta porque la suma de las dos ya no es cero. La razón por la que no normalmente ver objetos con cargas netas se debe a que las fuertes fuerzas entre las cargas tienden a encontrar una manera de igualar las cosas - por ejemplo, incluso una vez que se logra crear una carga desequilibrada en un objeto, cuando está en la atmósfera, tenderá a sangrar o robar electrones (ya que los protones no se pueden mover fácilmente) en o desde el aire circundante hasta que vuelva a tener carga neutra.

La "electrostática" es el caso especial de la teoría electromagnética en el que consideramos una situación física en la que las cargas eléctricas están presentes pero no se mueven . Un objeto físico inmóvil que mantiene una carga neta de "electricidad estática", que no cambia, es un ejemplo del tipo de situación que trata la electrostática. Matemáticamente, consiste en estudiar el problema del cálculo del campo eléctrico $\mathbf{E}$ en el caso restringido de las dos ecuaciones de Maxwell de la ley eléctrica de Gauss y la ley de Faraday dadas respectivamente por

$$\nabla \cdot \mathbf{E} = \frac{\rho}{\epsilon_0}\ \ \ \ \ \mathrm{and}\ \ \ \ \ \nabla \times \mathbf{E} = \mathbf{0}$$

donde $\rho$ es la distribución de la carga en el espacio, es decir, la densidad de carga en cada punto del mismo, y tal que esta distribución no cambia con el tiempo. La primera ecuación dice que las fuentes del campo eléctrico son sólo la distribución de la carga, y la segunda dice que el campo conserva la energía, es decir, que si se mueve otra carga en una trayectoria cerrada alrededor de ese campo, se acabará sin energía nueva y sin pérdida de energía después de un circuito completo, o por decirlo de otra manera que puede ser una advertencia útil para cualquier aficionado curioso que pueda llegar a este post para no ir por el camino equivocado, que las máquinas electrostáticas de movimiento perpetuo son imposibles.

"Electrostática" es un término válido y aceptable. Hay que evitar hablar de "electricidad estática", y ya es hora de que dejemos de usar esta palabra. En su lugar, hablemos de "objetos cargados eléctricamente". En lugar de hablar de una acumulación de "estática", hable de una acumulación de "carga". No hable de dispositivos "antiestáticos" para sujetar a sus manos cuando trabaje cerca de dispositivos eléctricos sensibles, hable en cambio de "derivaciones de carga".

(*) Es decir, para excluir el todavía mal entendido materia oscura de la que, si sabemos al menos algo, es probable que no contenga cargas, es decir, que esté formada únicamente por partículas neutras, de lo contrario no sería "oscura", es decir, invisible a la luz, donde "luz" significa aquí todo formas de radiación electromagnética, tanto visibles como invisibles para el ojo humano.

Answer 2

Electricidad estática es el término utilizado cuando la carga no se mueve, sino que se queda donde está.

• Si ha frotado sus zapatos sobre una alfombra puede haber dejado carga en la misma. Se queda ahí y es estática hasta que se le da un camino para moverse (cuando la tocas)

• Si está cargando un condensador formado por dos placas, pronto esas dos placas se llenarán de carga de signo contrario. Desconecte las placas de su entorno pero manténgalas cerca. Esto almacenará ahora la carga y será estática.

• Una batería podría ser el mejor ejemplo. La carga acumulada en el polo/terminal negativo se mueve cuando se le da la posibilidad (cuando se crea un camino hacia el otro terminal). Hasta entonces es estática.

Answer 3

Me sorprende que piense que el artículo de la Wikipedia no responde a sus preguntas.

La respuesta a su pregunta es abierta y podría ir acompañada de una comparación con la electricidad actual.
En el pasado se pensaba que ambos eran fenómenos diferentes y se tardó en demostrar que las pilas y los generadores electrostáticos tenían que ver con las mismas cargas eléctricas.

En términos sencillos, en el laboratorio de demostraciones la electricidad estática tiene que ver con grandes voltajes (miles de voltios) y corrientes muy pequeñas (picoamperios) y la electricidad corriente tiene que ver con voltajes más pequeños (voltios) y corrientes más grandes (amperios).
Por ejemplo, un electroscopio de lámina de oro puede utilizarse como voltímetro y uno sencillo sólo empezará a registrar cuando las tensiones sean superiores a varios cientos de voltios.
La tensión producida por una fuente de alimentación de 1000 V puede medirse con un voltímetro de bobina móvil por el que circula una corriente, pero también con un electroscopio de lámina de oro que sólo toma corriente hasta que la carga que lleva alcanza un valor estable.

Mi mención a las corrientes muy pequeñas que tienen que ver con la electrostática indica que las corrientes fluyen hasta que un sistema alcanza un estado de equilibrio.
La electricidad estática tiene que ver con las cargas que residen en los aislantes, por lo que una vez que se genera un exceso de un tipo de carga (durante el cual habrá un movimiento de carga) las cargas no se mueven.
Aquí hay cierta ambigüedad en cuanto a lo que se entiende por el término aislante y para la electrostática suele significar que durante el transcurso de un periodo de tiempo la carga no fluye.
Una varilla de vidrio puede cargarse por frotamiento, pero si tiene una capa superficial de humedad las cargas fluirán fuera de ella, ya que el agua es un conductor razonablemente bueno. La madera es un buen ejemplo de ser un conductor cuando se hacen experimentos electrostáticos debido al agua que ha absorbido.

De nuevo, en términos generales, la electrostática se ocupa de pequeñas cantidades de carga en comparación con la electricidad actual, pero se puede demostrar fácilmente que esta generalización es limitada, por ejemplo, los rayos representan corrientes de miles de amperios, pero duran menos de un segundo.

Por lo tanto, los términos electricidad estática y electricidad corriente son términos bastante imprecisos y dependen de las circunstancias, al igual que los términos conductor y aislante.
Cuando me peino, el peine, que es de plástico (un "aislante"), se carga y las cargas permanecen en él el tiempo suficiente como para que yo recoja pequeños trozos de papel, lo que constituye un ejemplo de electricidad estática.

Por lo tanto, al repasar el artículo de la Wikipedia sobre la electricidad estática hay que pensar en cómo es que las cargas son, durante un período de tiempo, de alguna manera incapaces de moverse.