Electric Id Ad Estatica - Trabajo Final Revision

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Repblica Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educacin U.E. Nuestra Seora de Lourdes

LA ELECTRICIDAD ESTTICA

Valencia, 02 de Julio de 2012

Repblica Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educacin U.E. Nuestra Seora de Lourdes

LA ELECTRICIDAD ESTTICA

FERNANDEZ, Rodolfo FIGUEREDO, Jess

- C.I.: 26.697.959 - C.I.: 28.093.039

VIDAL, Carlos Fernando - C.I : 27.188.502

Tutor: Prof. Mara Cecilia Rodriguez Docente: Edith Pineda

Valencia, 02 de Julio de 2012

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INDICE Capitulo I Capitulo II Introduccin Desarrollo 4 6 8 9 10 11 12 12 14 15 15 17 18 19

Electricidad Esttica por Frotamiento o Triboelectricidad Electricidad Esttica por Presin o Piezoelectricidad Electricidad Esttica por Calor o Piroelectricidad Separacin de cargas inducida por la presencia de un objeto cargado Peligros de la Electricidad Esttica Componentes Elctricos Industria Qumica Exploracin del Espacio Operaciones de Carga y Descarga de Combustible Capitulo III Capitulo IV Capitulo V Conclusiones y Recomendacin Bibliografa Anexos

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I.

INTRODUCCION

En la cultura actual el ser humano se encuentra rodeado de aparatos elctricos de toda clase, desde lmparas, relojes de bateras, motores y aparatos de sonido estereofnico hasta computadoras, aviacin electrnica, medicina, etc. y mucho ms. Prcticamente todos los procesos industriales para la elaboracin y fabricacin de materia prima y productos terminados se mueven bajo sistemas elctricos y electrnicos. La influencia de la electricidad en la vida actual es omnipresente. Para comprender dichos aparatos, que se han convertido en parte de nuestra vida cotidiana, en primer lugar debe entenderse que es la electricidad, como se genera, sus diversos usos y peligros. Siendo este un tema demasiado amplio y avanzado, se concentrar en las bases prcticas de la Electricidad Esttica, La Electricidad es la rama de la fsica que estudia los fenmenos relacionados con las Cargas Elctricas. Segn la teora Electrnica considera que todas las cosas y objetos estn formados por millones de tomos, que son elementos formados por tres tipos de partculas llamadas protones,

neutrones y electrones. Los protones, con carga positiva y neutrones, con carga neutra, forman la parte central del tomo, y se les llama ncleo, los electrones se encuentran alrededor del ncleo y tiene carga negativa. La corriente elctrica se produce por el flujo de electrones a travs de un conductor.1 Cuando las cargas elctricas estn en reposo, se le llama Electricidad Esttica o Electrosttica. Cuando dichas cargas se encuentran en

movimiento su estudio se denomina Electrodinmica o Electromagnetismo. El tema de la Electricidad Esttica se abordar mediante definiciones simples y ejemplos para que el lector se instruya sobre las bases de la dicho

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tipo de electricidad y se darn ejemplos de casos prcticos y en algunos casos de sus peligros y como evitarlos. La metodologa de investigacin est basada en bsqueda y clasificacin de informacin en Internet por medio de los motores de bsqueda usuales en pginas en espaol (Google, Yahoo, Bing), al igual que consultas en libros y enciclopedias generales, y paginas de enciclopedias como Wikipedia.org como siempre buscando que sea lo ms sencillo para el tipo de lector (estudiantes de primaria y padres y representantes) que se espera consulte este trabajo. Igualmente se debe aclarar que los estudiantes que elaboraron este trabajo no tiene todava los conocimientos necesarios para desarrollar ms ampliamente este tema, pero les pareci sumamente interesante, por lo que se debe comprender lo bsico y sencillo de la informacin obtenida y a su vez suministrada en este trabajo, como prembulo a un tema que es

interesante y puede ser desarrollado ms a fondo en la medida que su aprendizaje lo permita.

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II.

DESARROLLO

Antes que todo, se debe aclarar algunos conceptos bsicos: La Teora Electrnica considera que todas las cosas y objetos estn formados por millones de tomos, que son elementos formados por tres tipos de partculas llamadas protones, neutrones y electrones. Los protones, con carga positiva y neutrones, con carga neutra, forman la parte central del tomo, y se les llama Ncleo, los electrones se encuentran alrededor del ncleo y tiene carga negativa.3

Modelo de tomo Fig. Nro. 1

Se puede imaginar al tomo entonces, como un pequeos Sistema Solar donde los electrones giran alrededor de ncleo como si fuesen planetas, describiendo orbitas elpticas o circulares. Normalmente, los tomos tienen el mismo nmero de electrones y protones y vara de acuerdo al peso atmico del elemento.

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Existen dos tipos de electrones, libres y fijos. El electrn fijo es aquel que giran en las orbitas internas o mas cercanas al ncleo y que no puede ser expulsado fcilmente de su orbita. Y el electrn libre es aquel que gira en las orbitas externas y puede ser expulsado de esta con facilidad. De esta breve introduccin se puede deducir que la corriente elctrica es producida por el movimiento de los electrones libre. O mejor dicho: Que es la Electricidad? Es la accin que producen los electrones libres al trasladarse de un punto a otro, o a la falta o exceso de electrones en un material. Y para que estos puedan moverse debe convertirse alguna forma de energa en electricidad. La Electrosttica es la ciencia que ese encarga del estudio de las cargas elctricas en reposo de los cuerpos. Existen cuatro formas de energa para producir electricidad esttica. Estas son: (a) Frotamiento (b) Presin (c) Calor (d) Luz La Electricidad Esttica es bsicamente la existencia de cargas positivas y negativas en dichos elementos. La electricidad esttica se usa comnmente en xerografa, filtros de aire (particularmente precipitadores electrostticos), pintura de vehculos, fotocopiadoras, sprays de pintura, teatros, suelos de quirfanos, impresoras y abastecimiento de aviones.4

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Electricidad Esttica por Frotamiento o Triboelectricidad Es bsicamente el intercambio de electrones entre dos elementos por va de contacto, o frotamiento. Este fenmeno es conocido como triboelectricidad y da como resultado que uno de los objetos que se han puesto en contacto quede cargado positivamente mientras el otro se carga negativamente. El mejor ejemplo es el del globo cuando se frota con el cabello y este se adhiere a la superficie del globo. Es el mas comn y fcil de observar en la vida diaria. Incluso donde solamente se produce una carga pequea, sta puede dar lugar a las partculas de polvo que son atradas a la superficie frotada. En el caso de la fabricacin del textil esto puede conducir a una marca mugrienta permanente donde se ha cargado el pao...

Figura Nro. 2

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Electricidad Esttica por Presin o Piezoelectricidad Es el intercambio de electrones producido por algunos cristales, como el cuarzo, al ser sometidos a tensiones mecnicas apareciendo cargas elctricas en su superficie. De este tipo de electricidad esttica se tiene como usos mas conocidos:

Actuadores elctricos. Altavoces de agudos (Tweeters), pequeos altavoces. Cpsula (Pick-up) de tocadiscos. Encendido electrnico de calefaccin y hornillas (estufas) a gas. Encendedores o mecheros elctricos. Hidrfonos (Geofsica). Lneas de retardo. Motores piezoelctricos. Sensores de Vibracin en Guitarras Elctricas Recarga automtica de bateras para telfonos mviles y computadoras porttiles.

Reguladores de presin proporcional neumticos. Relojes de Cuarzo Sensores. Transductores ultrasnicos (como los cabezales de los ecgrafos). Transductores y Transformadores piezoelctricos para la industria Destartradores odontolgicos de ultrasonido para la remocin del trtaro o "piedra" interdental

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Electricidad Esttica por Calor o Piroelectricidad Cuando se calienta la unin de dos materiales diferentes, como un alambre de cobre unido a otro de hierro o una placa de ese material, aparece una fuerza electromotriz o intercambio de electrones entre los extremos libres de ambos metales. La piroelectricidad est estrechamente relacionada con la

piezoelectricidad de tal modo que todos los materiales piro elctricos son tambin piezoelctricos. Sus usos cotidianos incluyen:

Pirmetros (para medicin de temperatura a distancia en hornos, vidrio o, metal fundidos).

Sensores pasivos de Infrarrojos Medidores de Radiacin. Deteccin de llamas. Deteccin de prdidas de calor en oficinas, residencias o edificios. Mediciones de potencias generadas por fuentes de radiacin. Analizadores de IR o Rayos Infrarrojos Detectores de CO2 y de otros gases que absorben radiacin. Detectores de IR (rayos infrarrojos) emitidos por el cuerpo humano, para deteccin de presencia e intrusos.

Sistemas de encendido automtico de iluminacin y de calefaccin de viviendas, apertura de puertas.

Detectores de personas o de movimiento.

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Separacin de cargas inducida por la presencia de un objeto cargado Un objeto cargado, puesto cerca de otro elctricamente neutro, causar la separacin de las cargas del otro, dado que las cargas de la misma polaridad se repelen mientras que las de diferente polaridad se atraen. Como la fuerza debida a la interaccin entre las cargas elctricas disminuye rpidamente con el aumento de la distancia, el efecto ser mayor si estn muy cerca. Este efecto es mayor cuando el objeto inicialmente neutro es un conductor elctrico porque las cargas tienen ms facilidad para moverse. Es posible inducir una separacin de cargas y si el objeto est convenientemente conectado a tierra dejarlo cargado permanentemente. Este es el sistema que utiliza el Generador de Van de Graaff, un aparato habitualmente utilizado para demostrar los efectos de la electricidad esttica. Puede ser fabricado fcilmente en casa (Ver Anexo: Como Fabricar un Generador de Van de Graaf).

Figura Nro. 35

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Peligros de la Electricidad Esttica A pesar de su naturaleza, aparentemente inocua, segn nuestra experiencia en la vida diaria, la electricidad esttica puede tener efectos peligrosos no despreciables en situaciones en las que la acumulacin de cargas se produce en presencia de materiales o dispositivos sensibles. Componentes electrnicos Muchos componentes electrnicos, en especial los

dispositivos semiconductores tipo CMOS (Complementary metal-oxidesemiconductor, transistores tipo Semiconductor MOSFET, metal-oxido complementario) o

(Metal-oxide-semiconductor

Field-effect

transistor, Transistor de Efecto de Campo Semiconductor de MetalOxido) son extremadamente sensibles a la presencia de la electricidad esttica y pueden ser daados por una descarga electrosttica. Tales componentes se almacenan generalmente en una espuma conductora para su proteccin. Cuando el usuario se conecta a tierra tocando la mesa de trabajo, o usando una pulsera especial en la mueca (o tobillo) se reduce el dao a los dispositivos electrnicos que son sensibles a las descargas electrostticas.

Pulsera Especial para evitar Descargas Electrostaticas Figura Nro. 412

Figura Nro. 5 Chip CMOS

Figura Nro. 6 Chip MOSFET

Normalmente aquellos componentes que pueden ser sensibles a la electricidad esttica vienen marcados en el embalaje con las siglas ESD (Electrostatic Sensitive Device, Dispositivo Sensible a Descargas

Electrostticas) y adems presentan un smbolo particular para distinguirlos:

Etiqueta de Seguridad Figura Nro. 4 Estos dispositivos suelen embalarse en bolsas de plstico de color metalizado o rosa o con una rejilla de color negro impresa. Estas bolsas son conductoras, lo que evita que haya voltajes potenciales entre las diferentes partes de la superficie de la misma.

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Industria qumica Las descargas electrostticas pueden resultar muy peligrosas en lugares donde se trata con sustancias inflamables. Una pequea chispa es capaz de iniciar la ignicin de mezclas explosivas con consecuencias devastadoras. Es el caso de las fbricas que trabajan con sustancias en polvo en presencia de materiales combustibles o explosivos. Uno de los antecedentes de los riesgo de la electricidad esttica es el LZ 129 Hindenburg, que fue un dirigible alemn destruido a causa de un incendio cuando aterrizaba en Nueva Jersey el 6 de mayo de 1937, causando la muerte a un total de 35 personas (alrededor de un tercio de los pasajeros). El accidente fue ampliamente cubierto por los medios de la poca y supuso el fin de los dirigibles como medio de transporte. Este estaba cargado con Hidrogeno, el cual hizo explosin durante el aterrizaje debido a la esttica provocada por una tormenta elctrica en ese momento.6 Igualmente la descarga de gases inflamables en hospitales como el Oxigeno o el ter, deben tener sistemas de descarga de electricidad esttica ya que esos vapores pueden explotar, al igual que el Hidrogeno al momento de ser descargados.

Sistemas de Prevencin de Descargas Electrosttica durante el transvase de sustancias inflamables

Figura Nro. 57

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Exploracin del espacio Debido a la humedad extremadamente baja que hay en el medio extraterrestre, es posible que se produzcan grandes acumulaciones de cargas estticas que son un peligro importante para los dispositivos electrnicos que se utilizan en los vehculos espaciales. Tambin representa un riesgo para los astronautas, el hecho de caminar sobre un terreno tan seco, como lo es el de la Luna o el de Marte, provoca la acumulacin de una cantidad significativa de cargas elctricas que puede provocar descargas electrostticas capaces de daar los aparatos electrnicos. Operaciones de carga y descarga de combustible Si se produce una descarga electrosttica en presencia de combustible y su voltaje es suficientemente grande, puede provocar la ignicin de los vapores que se desprenden del combustible. Este es un peligro presente en las estaciones de servicio y es una de las razones por las que es aconsejado parar el motor mientras se carga el vehculo con gasolina. Este peligro tambin est presente en los aeropuertos, durante las operaciones de repostaje de los aviones. Actualmente estas precauciones se aplican a los celulares, debido al voltaje que puede generar su seal cuando estn en uso.

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Sistema de Puesta a Tierra para descarga de combustible de camiones cisternas.

Figura Nro. 67

Ejemplo de los Inductores de Destello o descargas elctricas en los camiones cisterna.

Figura Nro.77

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III.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De lo expuesto anteriormente, se puede concluir que la electricidad esttica, aun cuando tiene muchas aplicaciones industriales y cotidianas tambin debe ser manejada con todas las precauciones necesarias, obedeciendo las advertencias de seguridad que se dan al respecto, ya que la electricidad esttica puede verse graciosa cuando se demuestra su existencia al erizarse los cabellos, pero igualmente este tipo de descarga puede incendiar los vapores inflamables de algunos qumicos, provocando accidentes fatales, o destruir equipos muy costoso con solo tocarlos sin la debida puesta a tierra para evitar la carga esttica, y evitar la manipulaci...