25-8-2014

ELECTRICIDAD & MAGNETISMO

ING. RAUL BARRIOS ELIZARRARAZ

INVESTIGACION DE LA HISTORIA DE LA ELECTROSTATICA Y SUS APLICACIONES MODERNAS

INTEGRANTES DEL EQUIPO:

MONTES DE OCA SANCHEZ CYNTHIA GPE.

MORENO NAVA MISAEL

TORIS GARCIA LUIS DAVID

SANCHEZ HERNANDEZ JOSE LUIS

ING. ELECTROMECANICA

INTRODUCCIÓN

Todo ser humano está familiarizado con la influencia y efectos de la electricidad estática, aún sin tener conocimiento sobre su significado, cada uno de nosotros hemos experimentado algún tipo de efecto a raíz de este fenómeno, un ejemplo común es cuando después de manipular muchos papeles o de mucha fricción con ciertos textiles, con el piso y otros elementos cuando se tiene contacto con cualquier otra persona o material metálico se siente una chispa y una corriente, la cual es simplemente una descarga eléctrica.

Así pues podemos decir que la electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos producidos por distribuciones de cargas eléctricas, esto es, el campo electrostático de un cuerpo cargado, hablaremos en este trabajo acerca de su desarrollo histórico y de sus aplicaciones modernas.

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HISTORIA DE LA ELECTROSTÁTICA

Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con la postulación de la Ley de Coulomb [ver anexos imagen 1.1] fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y permitieron demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan los fenómenos magnéticos pueden ser estudiadas en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.

La existencia del fenómeno electrostático es bien conocido desde la antigüedad, existen numerosos ejemplos ilustrativos que hoy forman parte de la enseñanza moderna, como el hecho de que ciertos materiales se cargan de electricidad por simple frotamiento y atraen pequeños trozos de papel o pelo, por ejemplo un globo inflado que previamente se ha frotado con un paño seco.

Alrededor del 600 a. C. el filósofo griego Tales de Mileto [ver anexos: imagen

1.2] descubrió que si frotaba un trozo de la resina vegetal fósil llamada ámbar, en

griego élektron, este cuerpo adquiría la propiedad de atraer pequeños objetos.

Algo más tarde, otro griego, Teofrasto [ver anexos: imagen 1.3] (310 a. C.), realizó un

estudio de los diferentes materiales que eran capaces de producir fenómenos

eléctricos y escribió el primer tratado sobre la electricidad.

A principios del siglo XVII comienzan los primeros estudios sobre la

electricidad y el magnetismo [ver anexos: imagen 1.4] orientados a mejorar la precisión de la

navegación con brújulas magnéticas [ver anexos: imagen 1.5]. El físico real británico William

Gilbert[ver anexos: imagen 1.6] utiliza por primera vez la palabra electricidad, creada a partir

del término griego elektron (ámbar). El jesuita italiano Niccolo Cabeo [ver anexos: imagen

1.7] analizó sus experimentos y fue el primero en comentar que había fuerzas de

atracción entre ciertos cuerpos y de repulsión entre otros.

Alrededor de 1672 el físico alemán Otto von Guericke[ver anexos: imagen

1.8] construye la primera máquina electrostática capaz de producir y almacenar

energía eléctrica estática por rozamiento. Esta máquina consistía en una bola de

azufre atravesada por una varilla que servía para hacer girar la bola. Las manos

aplicadas sobre la bola producían una carga mayor que la conseguida hasta

entonces. Francis Hawksbee perfeccionó hacia 1707 la máquina de fricción

usando una esfera de vidrio.

En 1733 el francés Francois de Cisternay du Fay propuso la existencia de

dos tipos de carga eléctrica, positiva y negativa, constatando que:

Los objetos frotados contra el ámbar se repelen.

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También se repelen los objetos frotados contra una barra de vidrio.

Sin embargo, los objetos frotados con el ámbar atraen los objetos frotados con

el vidrio.

Du Fay y Stephen Gray [ver anexos: imagen 1.9] fueron dos de los primeros "físicos

eléctricos" en frecuentar plazas y salones para popularizar y entretener con la

electricidad. Por ejemplo, se electriza a las personas y se producen descargas

eléctricas desde ellas, como en el llamado beso eléctrico: se electrificaba a una

dama y luego ella daba un beso a una persona no electrificada.

En 1745 se construyeron los primeros elementos de acumulación de

cargas, los condensadores, llamados incorrectamente por anglicismo capacitores,

desarrollados en la Universidad de Leyden (hoy Leiden) por Ewald Jürgen Von

Kleist y Pieter Van Musschenbroeck. Estos instrumentos, inicialmente

denominados botellas de Leyden, fueron utilizados como curiosidad científica

durante gran parte del siglo XVIII. En esta época se construyeron diferentes

instrumentos para acumular cargas eléctricas, en general variantes de la botella

de Leyden, y otros para manifestar sus propiedades, como los electroscopios.

En 1767, Joseph Priestley publicó su obra The History and Present State of

Electricity sobre la historia de la electricidad hasta esa fecha. Este libro sería

durante un siglo el referente para el estudio de la electricidad. En él, Priestley

anuncia también alguno de sus propios descubrimientos, como la conductividad

del carbón. Hasta entonces se pensaba que sólo el agua y los metales podían

conducir la electricidad

En 1785 el físico francés Charles Coulomb publicó un tratado en el que se

describían por primera vez cuantitativamente las fuerzas eléctricas, se formulaban

las leyes de atracción y repulsión de cargas eléctricas estáticas y se usaba

la balanza de torsión para realizar mediciones. En su honor, el conjunto de estas

leyes se conoce con el nombre de ley de Coulomb. Esta ley, junto con una

elaboración matemática más profunda a través del teorema de Gauss y la

derivación de los conceptos de campo eléctrico y potencial eléctrico, describe la

casi totalidad de los fenómenos electrostáticos.

Durante todo el siglo posterior se sucedieron avances significativos en el

estudio de la electricidad, como los fenómenos eléctricos dinámicos producidos

por cargas en movimiento en el interior de un material conductor. Finalmente,

en 1864 el físico escocés James Clerk Maxwell unificó las leyes de la electricidad

y el magnetismo en un conjunto reducido de leyes matemáticas.

APLICACIONES

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La electroestática en la electricidad estática posee muchas aplicaciones entre las más comunes e importantes de la electrostática, como son los aparatos eléctricos, como son televisiones, computadoras, hornos de microondas, teléfonos celulares, etcétera.

Estos aparatos nos han dado grandes ventajas, ahorran tiempo, trabajo o simplemente nos entretienen o facilitan la vida, sin embargo, las ondas electromagnéticas que emiten pueden llegar a tener efectos negativos en nuestra salud.

También ondas "ELECTRO MALIGNAS" inconscientemente, vivimos en un océano electromagnético natural: el campo eléctrico terrestre, que es debido a la naturaleza negativa de la corteza terrestre y positiva de la ionosfera; el campo geomagnético y los fenómenos ondulatorios electromagnéticos atmosféricos, como los relámpagos. Los rayos ultravioleta, los infrarrojos y la luz visible también son ondas electromagnéticas que afectan negativamente nuestra salud.

Entre otras de sus aplicaciones podemos mencionar la xerografía, en la que un pigmento en polvo (tinta seca o toner) se fija en las áreas cargadas previamente, lo que hace visible la imágen impresa. En electrónica, la electricidad estática puede causar daños a los componentes, por lo que los operarios han de tomar medidas para descargar la electricidad estática que pudieran haber adquirido. Esto puede ocurrir a una persona por frotamiento de las suelas de los zapatos (de materiales como la goma) contra suelos de tela o alfombras, o por frotamiento de su vestimenta contra una silla de plástico. Las tensiones generadas así serán más altas en los días con baja humedad relativa ambiente. Hoy las alfombras y las sillas se hacen con materiales que generen poca electricidad por frotamiento. En los talleres de reparación o en fábricas de artefactos electrónicos se tiene el cuidado de evitar la generación o de descargar estas cargas electrostáticas.

Las principales aplicaciones de la electrostática se da en:

Agricultura: En la agricultura [ver anexos: imagen 2.1] se ha vendido con mucho éxito para el control de plagas eficaz, además reduce la cantidad de plaguicida y fertilizante.

Aplicación de Soluciones al Cuerpo Humano [ver anexos: imagen 2.2]:El bronceado color marrón sin sol utiliza los atomizadores electrostáticos que fueron probados y utilizados en un esfuerzo conjunto entre ESS y uno de sus clientes.La máquina ofrece un nivel de calidad de la aplicación y uniformidad que no tiene comparación en la industria. El mismo enfoque se puede dar con otros usos, tales como aplicaciones de bronceadores, jabones, lociones, desinfectantes, aún en

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medicina para víctimas por quemaduras.

Sanidad [ver anexos: imagen 2.3]: La desinfección en hoteles y restaurantes usando los aspersores electrostáticos es ideal porque da un tratamiento completo. Sólo la electrostática permite cubrir completamente las formas complejas y penetrar en grietas y rincones. Los propietarios y directores de hoteles y restaurantes pueden estar seguros de que ellos hacen todo lo posible para proporcionar un ambiente limpio y seguro. La aspersión puede realizarse con unidades portátiles.

Plantas Procesadores de Alimentos [ver anexos: imagen 2.4]: El objetivo de las plantas procesadoras de alimentos es el ahorro de productos para la sanidad y conservadores, como en el caso de la limpieza de plátanos, en la industria cárnica, etc. Las características de la electrostática proporcionan un mejor cubrimiento de los productos y un ahorro de químicos.

Descontaminación de Equipos y Personal [ver anexos: imagen 2.5]: Efectividad máxima en la descontaminación de agentes biológicos o químicos. Se pueden aplicar en vehículos teledirigidos para el interior de edificios o túneles al mantener a los operarios a una distancia segura.

Transportación [ver anexos: imagen 2.6]: La desinfección de los barcos y los aviones con servicios electrostáticos ofrece a sus clientes mayor seguridad y salud. Tienen disponible un nuevo instrumento para eliminar virus localmente. También en los transportes de productos y equipos que pueden llegar a contener una enfermedad o plagas.

Dispositivos Médicos [ver anexos: imagen 2.7]: Los centros médicos desinfectan con dispositivos electrostáticos al personal. Sólo electroestáticamente permite al desinfectante cubrir completamente las formas complejas y llegar a todas las superficies, penetrando en grietas y rincones. El personal que desinfecta puede hacerlo de varias maneras, inclusive instalando estaciones de rocío para todos los que entren o salgan de un área de aislamiento.

Control de Plagas Urbanas [ver anexos: imagen 2.8]: Los expertos en control de Plagas quieren reducir la cantidad de sustancias químicas que utilizan y proteger a sus clientes, el ambiente y ahorrar dinero. Sin embargo, si el trabajo no se hace correctamente, no habrán dejado satisfechos a sus clientes. La tecnología de ESS hace esto posible. Las pruebas han demostrado que la tecnología de ESS permite que la cantidad de sustancias químicas se pueda reducir a la mitad, mientras que mejora aún más el alcance de 4 a 10 veces sobre aspersores convencionales.

La sección de control de plagas urbana dispone de personal propio que conforma el Servicio Municipal de Control de Plagas Urbana y un servicio externalizado prestado por una empresa privada concesionaria

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Restauración de Edificios/ Remediación [ver anexos: imagen 2.9]: La tecnología de ESS permite los tratamientos de rociado para cubrir completamente las formas complejas y penetrar en grietas y rincones. Las pruebas han demostrado que esta tecnología de ESS permite que la cantidad de sustancias químicas se reduzca a la mitad, mientras que mejora aún más el alcance de 4 a 10 veces sobre aspersores convencionales. 

Procesos Industriales [ver anexos: imagen 2.10]: Importante aplicación de la descarga eléctrica en gases es una diapositiva llamada precipitador electrostático. Este aparato se utiliza para eliminar partículas de materias de los gases de combustión, reduciendo de ese modo la contaminación del aire.

La Xerografía [ver anexos: imagen 2.11]: Es un proceso de impresión que emplea electrostática en seco para la reproducción o copiado de documentos o imágenes. El proceso fue inventado el 22 de octubre de 1938 por Chester Carlson (1906-1968). Carlson, de origen pobre, logró graduarse en física. Con el tiempo consiguió un trabajo de asistente con un abogado de patentes, donde realizó un trabajo intensivo en el uso de papeles. Allí se dio cuenta de la necesidad que existía de hacer copias de documentos de una manera simple y rápida. Entonces comenzó a experimentar con cargas electrostáticas y materiales fotoconductores, o sea materiales que modifican sus propiedades eléctricas al ser expuestos a la luz. En 1938, a la edad de 32 años, Carlson logró crear la primera imagen xerográfica en su laboratorio.

La xerografía es la tecnología base de la actuales fotocopiadoras, impresoras láser e impresoras digitales de producción. Se estima que en 2004 se realizaron 4 billones de páginas en productos que hoy existen gracias a esta tecnología, lo que la convierte en el método más usado para imprimir documentos en las oficinas.

La Televisión [ver anexos: imagen 2.12]: Es un sistema para la transmisión y recepción de imágenes en movimiento y sonido a distancia que emplea un mecanismo de difusión. La transmisión puede ser efectuada mediante ondas de radio, por redes de televisión por cable, Televisión por satélite o IPTV. El receptor de las señales es el televisor.

El concepto de televisión (visión a distancia) se puede rastrear hasta Galileo Galilei y su telescopio. Sin embargo, no es hasta 1884, con la invención del Disco deNipkow de Paúl Nipkow cuando se hiciera un avance relevante para crear un medio. El cambio que traería la televisión tal y como hoy la conocemos fue la invención del iconos-copio de Vladimir Zworyn y Philo Taylor Farnsworth. Esto daría paso a la televisión completamente electrónica, que disponía de una tasa de refresco mucho mejor, mayor definición de imagen y de iluminación propia.

Teléfonos Celulares [ver anexos: imagen 2.13]: La telefonía móvil, también llamada telefonía celular, básicamente está formada por dos grandes partes: una red de

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comunicaciones (o red de telefonía móvil) y los terminales (o teléfonos móviles) que permiten el acceso a dicha red.

El teléfono móvil es un dispositivo inalámbrico electrónico para acceder y utilizar los servicios de la red de telefonía celular o móvil. Se denomina celular en la mayoría de países latinoamericanos debido a que el servicio funciona mediante una red de celdas, donde cada antena repetidora de señal es una célula, si bien también existen redes telefónicas móviles satelitales. Su principal característica es su portabilidad, que permite comunicarse desde casi cualquier lugar. La principal función es la comunicación de voz, como el teléfono convencional.

A partir del siglo XXI, los teléfonos móviles han adquirido funcionalidades que van mucho más allá de limitarse solo a llamar o enviar mensajes de texto, se podría decir que se han unificado (que no sustituido) con distintos dispositivos tales como PDA, cámara de fotos, agenda electrónica, reloj despertador, calculadora, micro-proyector, GPS o reproductor multimedia, así como poder realizar multitud de acciones en un dispositivo pequeño y portátil que lleva prácticamente todo el mundo de países desarrollados. A este tipo de evolución del teléfono móvil se le conoce como Smartphone.

Las Computadoras [ver anexos: imagen 2.14]: Una computadora o computador también denominada ordenador, es una máquina electrónica que recibe y procesa datos para convertirlos en información útil. Una computadora es una colección de circuitos integrados y otros componentes relacionados que puede ejecutar con exactitud, rapidez y de acuerdo a lo indicado por un usuario o automáticamente por otro programa, una gran variedad de secuencias o rutinas de instrucciones que son ordenadas, organizadas y sistematizadas en función a una amplia gama de aplicaciones prácticas y precisamente determinadas, proceso al cual se le ha denominado con el nombre de programación y al que lo realiza se le llama programador.

Cámaras Digitales [ver anexos: imagen 2.15]: Una cámara digital es una cámara fotográfica que, en vez de captar y almacenar fotografías en películas químicas como las cámaras fotográficas de película fotográfica, aprovecha el proceso de la fotografía digital para generar y almacenar imágenes. Las cámaras digitales compactas modernas generalmente son multifuncionales y contienen algunos dispositivos capaces de grabar sonidos y/o vídeos además de fotografías.

Módem [ver anexos: imagen 2.16]: Un módem (Modulador Demodulador) es un dispositivo que sirve para enviar una señal llamada moduladora mediante otra señal llamada portadora. Se han usado módems desde los años 60, principalmente debido a que la transmisión directa de las señales electrónicas inteligibles, a largas distancias, no es eficiente, por ejemplo, para transmitir señales de audio por el aire, se requerirían antenas de gran tamaño (del orden de cientos de metros) para su correcta recepción. Es habitual encontrar en muchos módems de red conmutada la facilidad de respuesta y marcación automática, que

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les permiten conectarse cuando reciben una llamada de la RTPC (Red Telefónica Pública Conmutada) y proceder a la marcación de cualquier número previamente grabado por el usuario. Gracias a estas funciones se pueden realizar automáticamente todas las operaciones de establecimiento de la comunicación.

Como Funciona: El modulador emite una señal denominada portadora. Generalmente, se trata de una simple señal eléctrica sinusoidal de mucha mayor frecuencia que la señal moduladora. La señal moduladora constituye la información que se prepara para una transmisión (un módem prepara la información para ser transmitida, pero no realiza la transmisión). La moduladora modifica alguna característica de la portadora (que es la acción de modular), de manera que se obtiene una señal, que incluye la información de la moduladora. Así el demodulador puede recuperar la señal moduladora original, quitando la portadora.

Horno Microondas [ver anexos: imagen 2.17]: Un horno de microondas funciona haciendo pasar la radiación no ionizante de microondas, generalmente a una frecuencia de 2,45 gigahercios (GHz) (con una longitud de onda de 122 milímetros) a través de la comida. La radiación de microondas está entre las frecuencias de radio común y de infrarrojos. El agua, grasas y otras sustancias presentes en los alimentos absorben la energía de las microondas en un proceso llamado calentamiento dieléctrico. Muchas moléculas (como las de agua) son dipolos eléctricos, lo que significa que tienen una carga positiva parcial en un extremo y una carga negativa parcial en el otro, y por tanto giran en su intento de alinearse con el campo eléctrico alterno de las microondas.

Al rotar, las moléculas chocan con otras y las ponen en movimiento, dispersando así la energía. Esta energía, cuando se dispersa como vibración molecular en sólidos y líquidos (tanto como energía potencial y como energía cinética de los átomos), lo hace en forma de calor.

Radio [ver anexos: imagen 2.18]: La radio (entendida como radiofonía o radiodifusión, términos no estrictamente sinónimos) es un medio de comunicación que se basa en el envío de señales de a través de ondas de radio, si bien el término se usa también para otras formas de envío de audio a distancia como la radio por Internet.La radiocomunicación es la tecnología que posibilita la Transmisión de datos de señales mediante la modulación (de su frecuencia o amplitud) de ondas electromagnéticas. Estas ondas no requieren un medio físico de transporte, por lo que pueden propagarse tanto a través del aire como del espacio vacío.Una onda de radio se origina cuando una partícula cargada (por ejemplo, un electrón) se excita a una frecuencia situada en la zona de radiofrecuencia (RF) del espectro electromagnético. Cuando la onda de radio actúa sobre un conductor eléctrico, la antena induce en él un movimiento de la carga eléctrica que puede ser transformado en señales de audio u otro tipo de señales portadoras de

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información.

CONCLUSIÓN:

Electrostática es un tema importante desde el punto de vista conceptual. Uno tiene que saber cómo se comportan las cargas eléctricas para entender lo que ocurre a nuestro alrededor día con día ya que como hemos podido observar está presente en la vida cotidiana y en los utensilios que empleamos en diversas tareas.

Sin embargo, electrostática es un tema poco tomado. Es debido a ello que se realizó este trabajo con el fin de dar a conocer la importancia que tiene y la manera en se ha venido ocupando a lo largo de los años.

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ANEXOS

Imagen 1.1 Ley de Coulomb

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Imagen 1.2 Tales de Mileto

Imagen 1.3 Teofrasto

11

Imagen 1.4 Electricidad y magnetismo

Imagen 1.5 Brújulas magnéticas

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Imagen 1.6 William Gilbert

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Imagen 1.7 Niccolo Cabeo

Imagen 1.8 Otto Von Guericke

14

Imagen 1.9 Du Fay y Stephen Gray

Imagen 2.1 Agricultura

Imagen 2.2 Aplicaciones De Soluciones Al Cuerpo Humano

15

Imagen 2.3 Sanidad

Imagen 2.4 Plantas Procesadoras De Alimentos

16

Imagen 2.5 Descontaminación de Equipos y Personal

Imagen 2.6 Transportación

17

Imagen 2.7 Dispositivos Médicos

Imagen 2.8 Control de plagas Urbanas

18

Imagen 2.9 Restauración De Edificios

Imagen 2.10 Procesos Industriales

Imagen 2.11 Xerografía

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Imagen 2.12 Televisión

Imagen 2.13 Teléfonos Celulares

Imagen 2.14 Computadoras

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Imagen 2.15 Cámara Digital

Imagen 2.16 Módem

Imagen 2.17 Horno de Microondas

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Imagen 2.18 Radio

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REFERENCIAS:

http://www.slideshare.net/saulino27/electrostaticahttp://www.slideshare.net/jorgecamargo/electrosttica-presentacionhttp://elbailedelospapeles.blogspot.mx/2011/09/la-electrostatica.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrost%C3%A1ticahttp://www.buenastareas.com/ensayos/La-Historia-De-La-Electroestatica/1511888.htmlhttp://www.famaf.unc.edu.ar/~anoardo/electrostatica.pdfhttp://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/3esofisicaquimica/impresos/quincena12.pdf

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