El fenómeno de generación de electricidad estática por fricción(triboelectrización) se conoce desde hace miles de años. Para inducir electricidad basta con que haya contacto entre dos materiales. La fricción sólo es un tipo de interacción que aumenta el área de contacto y genera calor: fricción es el término general que describe el movimiento de dos objetos en contacto; la presión ejercida, su velocidad de deslizamiento y el calor generado son los determinantes principales de la carga generada por fricción. Algunas veces, la fricción originará también el arranque de partí- culas sólidas.
Cuando los dos sólidos en contacto son metales (contacto metal-metal), hay migración de electrones de uno al otro. Cada metal se caracteriza por un potencial inicial diferente (potencial de Fermi), y la naturaleza tiende siempre al equilibrio; es decir, los fenómenos naturales trabajan para eliminar las diferencias de potencial. Tal migración de electrones da lugar a la generación de un potencial de contacto. Como las cargas de un metal son muy móviles (los metales son conductores excelentes), las cargas se recombinarán incluso en el último punto de contacto antes de que los dos metales se separen. Por lo tanto, es imposible inducir electricidad por el hecho de poner en contacto dos metales y separarlos después; las cargas se desplazarán siempre para eliminar la diferencia de potencial.
Cuando un metal y un aislante entran en contacto casi sin fric- ción en el vacío, el nivel de energía de los electrones del metal se aproxima al del aislante. Impurezas superficiales o del volumen se encargan de que ocurra así e impiden también la formación de un arco (la descarga de electricidad entre los dos cuerpos cargados: los electrodos) en el momento de la separación. La carga transferida al aislante es proporcional a la afinidad electrónica del metal, y cada aislante tiene también una afinidad elec- trónica, o atracción de electrones, asociada con ella. Así pues, también es posible la transferencia de iones positivos o negativos del aislante al metal. La carga en la superficie después del contacto y separación se calcula por la ecuación 1 de la Tabla 40.2.
Cuando dos aislantes entran en contacto, tiene lugar una transferencia de cargas a causa de los diferentes estados de su energía superficial (ecuación 2, Tabla 40.2). Las cargas transfe- ridas a la superficie de un aislante pueden migrar hacia capas más profundas del material. La humedad y la contaminación superficial pueden modificar en gran medida el comportamiento de las cargas. La humedad superficial en particular incrementa las densidades de estados de energía superficial al aumentar la conducción superficial, que favorece la recombinación de cargas, y facilita la movilidad iónica. La mayoría de las personas reconocerán este fenómeno por sus experiencias cotidianas, ya que saben que en tiempo seco están sujetos a electricidad está- tica. El contenido de agua de algunos polímeros (plásticos) cambiará cuando se cargan. El aumento o disminución del contenido de agua llega a invertir el sentido de la circulación de cargas (su polaridad).
La polaridad (positividad y negatividad relativas) mutua de dos aislantes en contacto depende de la afinidad electrónica de cada material. Los aislantes se clasifican por sus afinidades elec- trónicas, algunos de cuyos valores ilustrativos se recogen en la Tabla 40.3. La afinidad electrónica de un aislante es una consideración importante en los programas de prevención que se debaten más adelante en este artículo.
Cuando los dos sólidos en contacto son metales (contacto metal-metal), hay migración de electrones de uno al otro. Cada metal se caracteriza por un potencial inicial diferente (potencial de Fermi), y la naturaleza tiende siempre al equilibrio; es decir, los fenómenos naturales trabajan para eliminar las diferencias de potencial. Tal migración de electrones da lugar a la generación de un potencial de contacto. Como las cargas de un metal son muy móviles (los metales son conductores excelentes), las cargas se recombinarán incluso en el último punto de contacto antes de que los dos metales se separen. Por lo tanto, es imposible inducir electricidad por el hecho de poner en contacto dos metales y separarlos después; las cargas se desplazarán siempre para eliminar la diferencia de potencial.
Cuando un metal y un aislante entran en contacto casi sin fric- ción en el vacío, el nivel de energía de los electrones del metal se aproxima al del aislante. Impurezas superficiales o del volumen se encargan de que ocurra así e impiden también la formación de un arco (la descarga de electricidad entre los dos cuerpos cargados: los electrodos) en el momento de la separación. La carga transferida al aislante es proporcional a la afinidad electrónica del metal, y cada aislante tiene también una afinidad elec- trónica, o atracción de electrones, asociada con ella. Así pues, también es posible la transferencia de iones positivos o negativos del aislante al metal. La carga en la superficie después del contacto y separación se calcula por la ecuación 1 de la Tabla 40.2.
Cuando dos aislantes entran en contacto, tiene lugar una transferencia de cargas a causa de los diferentes estados de su energía superficial (ecuación 2, Tabla 40.2). Las cargas transfe- ridas a la superficie de un aislante pueden migrar hacia capas más profundas del material. La humedad y la contaminación superficial pueden modificar en gran medida el comportamiento de las cargas. La humedad superficial en particular incrementa las densidades de estados de energía superficial al aumentar la conducción superficial, que favorece la recombinación de cargas, y facilita la movilidad iónica. La mayoría de las personas reconocerán este fenómeno por sus experiencias cotidianas, ya que saben que en tiempo seco están sujetos a electricidad está- tica. El contenido de agua de algunos polímeros (plásticos) cambiará cuando se cargan. El aumento o disminución del contenido de agua llega a invertir el sentido de la circulación de cargas (su polaridad).
No hay comentarios:
Publicar un comentario