¿Qué es la electricidad estática?

La electricidad estática es un fenómeno cotidiano que nos sorprende con un pequeño calambrazo o hace que el pelo se erice. Aunque parezca magia, tiene su origen en el comportamiento de partículas subatómicas. En este artículo descubrirás cómo el intercambio de electrones entre materiales da lugar a este curioso efecto, y por qué es más común en invierno.

22 de mayo de 2024

Todos los objetos que vemos están formados por partículas minúsculas llamadas átomos. Aunque la palabra átomo significa ‘indivisible’, los átomos están formados a su vez por partículas aún más pequeñas. Cuando se bautizó el átomo, obviamente, esto no se sabía. Estas partículas que forman los átomos se llaman protones, neutrones y electrones, y son bien diferentes entre ellas. Una característica que las diferencia es la carga eléctrica. Los protones tienen carga positiva, los electrones tienen carga negativa y los neutrones no tienen carga eléctrica, son neutros.

Los átomos y sus subpartículas.

Normalmente los átomos tienen el mismo número de protones y electrones, de modo que las cargas positivas y negativas se compensan. Así pues, la carga global del átomo resulta neutra. Pero si frotamos dos objetos el uno contra el otro, algunos electrones pueden pasar también de unos átomos a otros. Los átomos que ganan nuevos electrones adquieren carga negativa. Y los que pierden electrones, a su vez, se cargan positivamente. Cuando las cargas se separan de esta manera se produce lo que llamamos electricidad estática.

La electricidad estática es el desequilibrio entre cargas positivas y negativas.

Si dos cuerpos tienen cargas opuestas, se atraen; pero si tienen la misma carga, se repelen. Esto explica por qué el pelo se nos eriza cuando nos quitamos un jersey o un gorro de lana. Como al realizar esta acción frotamos nuestra cabeza con la lana, algunos electrones del cabello pasan al tejido y así los pelos adquieren carga positiva. Los cuerpos con la misma carga se repelen. Por tanto, los cabellos intentan alejarse los unos de los otros. Como están bien pegados a nuestra cabeza (afortunadamente), lo más efectivo que pueden hacer es ponerse de punta, lo más lejos posible del resto.

Atracción y repulsión de dos objetos.

Al caminar por una moqueta, especialmente si es sintética, la frotamos y sus electrones pasan a nuestro cuerpo. Cuando entonces tocamos el cerrojo de la puerta… ¡ZAP! Los electrones pasan de nuestro cuerpo al cerrojo y sentimos un calambrazo porque nuestros receptores nerviosos se estimulan.

Cuando frotamos dos materiales, los electrones de uno de ellos pasan al otro.

¿Cuál de los dos materiales libera electrones y cuál los recibe?

La ciencia ha clasificado los materiales en función de su capacidad de conservar o ceder electrones. Esta clasificación se denomina serie triboeléctrica. He aquí un ejemplo con objetos cotidianos:

En condiciones ideales, si dos de estos materiales se frotan el uno contra el otro, el que está más arriba de la serie cede los electrones y se carga positivamente. Puedes comprobarlo por tu cuenta experimentando con ellos.

La carga no se crea ni se destruye

Puede parecer que, al cargar un objeto con electricidad estática, estamos generando una especie de energía “nueva” de la nada. Pero no es así. Lo que ocurre es que los electrones simplemente cambian de lugar. Este principio se llama ley de conservación de la carga eléctrica, y es una de las leyes fundamentales de la física.

Imagina que estás jugando a pasar canicas de un bolsillo a otro: no estás creando canicas nuevas, solo estás reorganizando las que ya tenías. Lo mismo pasa con los electrones. Si un objeto se carga positivamente es porque ha perdido electrones, y otro se ha cargado negativamente porque los ha ganado. La suma total de carga del sistema no cambia, simplemente se redistribuye.

Este principio es muy importante en la ciencia porque nos ayuda a entender que la energía y la materia se conservan. No podemos inventar electrones cuando queremos ni hacerlos desaparecer. En todos los procesos eléctricos, desde los calambrazos cotidianos hasta las complejas reacciones que ocurren en el cuerpo humano o en una tormenta eléctrica, la cantidad total de carga se mantiene constante.

Además, este concepto se aplica también a circuitos eléctricos, baterías, pilas o incluso a procesos como la electrólisis o la fotosíntesis. La electricidad estática, aunque parezca un juego, obedece a las mismas leyes que rigen fenómenos más complejos.

¿Por qué es más común en invierno y no tanto en verano?

Si te fijas, los chispazos y los cabellos erizados ocurren más a menudo en invierno. ¿Por qué? La clave está en la humedad del aire. Durante el invierno, el aire es más seco, especialmente en interiores donde usamos calefacción. Y el aire seco es un mal conductor de la electricidad, lo que significa que las cargas eléctricas se quedan acumuladas durante más tiempo en los objetos… ¡y también en nuestro cuerpo!

En cambio, en verano o en ambientes húmedos, el vapor de agua que hay en el aire facilita que las cargas se disipen. El agua en forma de vapor actúa como un “puente” por donde los electrones pueden escapar poco a poco sin que lo notemos. Así, la electricidad estática no se acumula tanto y es menos probable que notemos una descarga.

Por eso, durante los días fríos y secos, es común que las suelas de goma, las alfombras sintéticas y los jerséis de lana formen el ambiente perfecto para crear electricidad estática. Incluso algunos colegios o laboratorios tienen humidificadores en invierno para evitar estos chispazos, que a veces pueden dañar equipos electrónicos sensibles.

¿Y el rayo?

Los rayos pueden parecer fenómenos lejanos y peligrosos, pero en realidad son una forma extrema de electricidad estática. Ocurre algo muy similar a lo que sucede cuando caminas por una alfombra y luego tocas una manilla, solo que… ¡a una escala inmensamente mayor!

Dentro de las nubes de tormenta, el viento y los movimientos del aire hacen que las gotas de agua y los cristales de hielo choquen y se froten entre sí. Este movimiento constante y caótico genera una separación de cargas: unas partes de la nube se cargan positivamente y otras negativamente. Generalmente, la parte inferior de la nube acumula carga negativa.

A medida que esta carga negativa crece, comienza a atraer cargas positivas del suelo (incluso desde árboles, edificios o personas). Cuando la diferencia entre ambas cargas se vuelve muy grande, se produce una descarga súbita de electrones: eso es el rayo. Los electrones viajan desde la nube hacia el suelo (o entre nubes), liberando una enorme cantidad de energía en forma de luz, calor y sonido.