Taller séptima semana – aplicaciones de la electrostática Yineth Pamela Sarmiento Galindo Xerografía: Es un proceso de impresión que emplea electrostática en seco para la reproducción o copiado de documentos o imágenes. La xerografía se basa en el principio de fotoconductividad, es decir, en la capacidad de algunos cuerpos de hacerse conductores bajo la influencia de la luz. El silicio, el germanio y el selenio son malos conductores de la electricidad hasta que algunos de sus electrones absorben energía de la luz y al pasar de un átomo a otro, permiten que la electricidad fluya por ellos cuando se les aplica un voltaje. Cuando la luz se retira, pasan de nuevo a ser malos conductores eléctricos. La xerografía utiliza una capa aislante fotoconductora de selenio o de aluminio u otro soporte metálico conductor. Una superficie es cargada con electricidad estática en forma uniforme. Dicha superficie es expuesta a luz que descarga o destruye la carga eléctrica, quedando cargadas solo aquellas áreas donde hay sombra. Un pigmento de polvo (tinta seca o tóner) se fija en estas áreas cargadas haciendo visible la imagen, que es transferida al papel mediante un campo electrostático. El uso de calor y presión fijan la tinta al papel. La capa se carga electrostáticamente con iones positivos o negativos, según la polaridad de la carga del tipo de capa aislante fotoconductora seleccionada. Cuando se expone la placa en una cámara o máquina fotográfica, aquellas áreas de la capa que reciben luz pierden parte de su carga en función de la intensidad que reciben. De esta forma, la cantidad de carga retenida en la capa de la plancha forma un dibujo eléctrico o electrostático de la imagen.(imagen latente) La imagen se hace visible cuando se espolvorea sobre la placa expuesta un polvo especialmente cargado (toner), que contiene una carga opuesta a la inicial aplicada en la plancha y en la capa aislante. El polvo se adhiere a aquellas áreas que han mantenido su carga y la impresión se obtiene al cubrir la plancha con un papel y después aplicar sobre el reverso del papel una carga de la misma polaridad que la carga inicial aplicada sobre la capa aislante fotoconductora. La imagen de polvo se funde en el papel cuando se expone al calor, fijando así la imagen. Todo el proceso xerográfico se puede llevar a cabo en menos de un segundo si se utiliza un equipo mecanizado de alta velocidad. Además, el proceso resulta bastante económico, puesto que la capa aislante fotoconductora puede ser reutilizada miles de veces. Una de las aplicaciones basadas íntegramente en este proceso es la copia de documentos de oficina y la copia de pequeños volúmenes de datos. Esta técnica ha sustituido al uso de papel de carbón (papel térmico). La televisión: La pantalla de un televisor suele ser, debido a fenómenos electrostáticos, el lugar favorito del polvo. Las partículas de polvo en movimiento chocan con las moléculas de aire y entre sí, cargándose positiva o negativamente. La pantalla de televisión ya cargada atrae las partículas que tienen la polaridad opuesta. Se pueden encontrar situaciones similares en toda aplicación en la que el polvo esté presente. Claro que, mientras una capa de polvo en la pantalla de un televisor puede eliminarse fácilmente, al tratar con aplicaciones industriales, especialmente con aquéllas que tienen relación con la manipulación del polvo, los fenómenos electrostáticos pueden crear problemas serios. Chilworth Technology Ltd es una empresa especializada en aplicaciones innovadoras de electrostática. En cooperación con otros socios no industriales, la empresa Chilworth Technology inició un proyecto destinado a proporcionar soluciones a los problemas creados por los fenómenos electrostáticos durante la manipulación y tratamiento de materiales en polvo en grandes aplicaciones industriales. Estos problemas crean complicaciones de fabricación incluyéndose la obstrucción de máquinas, adherencia de material a la cinta transportadora, flujo de polvo lento, generación de productos defectuosos y en ocasiones peligros que pueden amenazar la vida de los operarios como igniciones o incendios. Inicialmente el equipo del proyecto intentó entender mejor el comportamiento general de las partículas de polvo cargadas. El segundo paso incluía un intento de categorizar el polvo y modelar algunas máquinas de procesamiento para lograr un mejor examen de laboratorio y estudiar condiciones de fabricación específicas. Finalmente, el conocimiento y la experiencia acumulados condujeron a soluciones que no solamente resuelven estos problemas sino también aprovechan la electrostática para otros usos. Los resultados del proyecto permitirán a las industrias europeas cementeras, farmacéuticas, alimentarias, nucleares, papeleras, textiles y otras localizar las causas de los problemas de carga electrostática, para cuantificarlos y tratarlos apropiadamente, y diseñar procesos de fabricación más efectivos. Van de Graff: El generador de Van De Graff es una máquina que almacena carga eléctrica en una gran esfera conductora hueca gracias a la fricción que produce una correa sobre unos peines metálicos. Las cargas son transportadas por el peine conectado a la esfera hasta ésta donde se comienzan a acumular. ¿QUÉ ES EL GENERADOR DE VAN DE GRAFF? Un generador de Van Der Graff es lo que se conoce como fuente de corriente o de intensidad. Es decir, una fuente que provoca una intensidad determinada y que hace que ésta no varíe con el tiempo. Pintura electroestática: La pintura electroestática es un recubrimiento en polvo que es una buena alternativa para piezas metálicas, que además permite un ahorro de hasta un 97% al momento de aplicarse, lo cual la hace reciclable. Se trata de una mezcla homogénea de cargas minerales, pigmentos y resinas de forma sólida, en forma de partículas finas. Este recubrimiento se aplica con una una pistola electrostática para pintura en polvo, que mezcla aire con las partículas cargándolas eléctricamente y se adhieren a la superficie a ser pintada, que se encuentra aterrizada, y permanecen adheridas a la pieza por carga estática. Posteriormente son calentadas en un horno donde, al curarse, dan como resultado un recubrimiento uniforme, de alta calidad, atractivo y durable. Sanitización: La limpieza electrostática se basa en la aplicación sobre superficies de un desinfectante químico a través de un sistema especial de pulverización capaz de aprovechar la fuerza electromagnética para mejorar el poder de higienización. Lo que hace este sistema es colocar una carga eléctrica en el desinfectante al salir por la boquilla del pulverizador. En general, las superficies presentan una carga neutra o negativa, de modo que al cargar positivamente el desinfectante, al igual que sucede con los imanes, estos se atraen. El resultado es que el desinfectante es intensamente atraído por la superficie sobre la que se aplica y se adhiere a ella con fuerza. A la vez, las gotas del producto de desinfección se repelen entre sí, de modo que, una vez cierta superficie está cubierta, se produce un efecto envolvente de tal forma que las gotas se van extendiendo en todos los sentidos hasta recubrir de modo completo el objeto. Esto significa que la desinfección con electrostática es una limpieza específicamente dirigida hacia el área a desinfectar y genera una cobertura uniforme capaz de llegar a todas partes, así como una optimización en el empleo del desinfectante. PREGUNTAS 1. ¿Qué determina el potencial eléctrico máximo al cual puede elevarse el domo de un generador Van de Graaff? El generador de Van de Graaff es un generador de corriente constante con el propósito de producir una diferencia de potencial muy alta esta es de unos 20 volts El máximo potencial lo determina al momento en que el aire se vuelve conductor eso ocurre cuando el campo eléctrico es tan grande. 2. Describa los cambios (si los hay) en (b) su energía cinética y (c) la energía potencial eléctrica del sistema campo-protón. Describa el movimiento de un protón (a) después de que se libera desde el reposo en un campo eléctrico uniforme. La energía potencial disminuye porque el protón es movido por el campo eléctrico que como todo sistema material tiende a su energía mínima, es decir, el protón como carga positiva de prueba busca los potenciales menores ya a su vez busca la energía menor de tal modo que la variación de la energía potencial es negativa porque disminuye. 3. Cuando partículas cargadas están separadas por una distancia infinita, la energía potencial eléctrica del par es cero. Cuando las partículas se aproximan, la energía potencial eléctrica de un par con el mismo signo es positiva, mientras que la energía potencial eléctrica de un par con signos opuestos es negativa. Dé una explicación física de esta afirmación. Podemos explicarlo de una forma muy simple, ya que al surgir un acercamiento entre cargas se genera un campo eléctrico el cual actúa dependiendo de los dignos de tales cargas. Tenemos entonces una relación inversamente proporcional, debido a que, a mayor distancia de separación menor será la energía potencial eléctrica entre las cargas. Entonces es válido afirmar que cuando partículas se aproximan, la energía potencial eléctrica de un par con el mismo signo es positiva porque la distancia entre ellas va creciendo, aumenta y la energía potencial eléctrica de un par con signos opuestos es negativa porque la distancia entre tales cargas disminuye. 4. Explique la diferencia entre potencial eléctrico y energía potencial eléctrica. La energía potencial eléctrica es una propiedad de un objeto cargado, por virtud de su posición dentro de un campo eléctrico. La energía potencial eléctrica existe si hay un objeto cargado en esa posición, en cambio, El potencial eléctrico existe en una posición y es una propiedad del espacio. Una posición tiene un potencial eléctrico aun si no hay una partícula cargada ahí. Describa las superficies equipotenciales de (a) una línea de carga infinita y (b) una esfera uniformemente cargada. Una superficie equipotencial a una línea infinita de carga sería un cilindro de altura infinita con la línea de carga en su eje central. Una superficie equipotencial en torno a una esfera cargada uniformemente es otra esfera concéntrica a la que posee la carga.
