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Electricidad y magnetismo
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Aplicaciones de la Electrostática
Introducción.
Los principios de la electrostática han sido la base para el desarrollo de diversos
dispositivos con diferentes aplicaciones; entre estos se encuentran los
generadores eléctricos para acelerar partículas elementales, los precipitadores
elementales utilizados para reducir la contaminación atmosférica de las centrales
carbo-eléctricas, y la xerografía que ha revolucionado la tecnología del
procesamiento de imágenes, entre otros.
Contenido.
El generador Van de Graaff:
Cuando un conductor se pone en contacto con el interior de un conductor hueco,
toda la carga del primer conductor se transfiere al conductor hueco. En principio, la
carga en el conductor hueco y su potencial pueden incrementarse sin límite
repitiendo el proceso.
En 1929 Robert J. Van de Graaff (1901-1967) utilizó este principio para diseñar y
construir un generador electrostático. Este tipo de generador se usa de manera
extensa en la investigación de física nuclear.
Los generados Van de Graaff pueden producir diferencias de potencial tan altas
como 20 millones de volts. Los protones acelerados a través de estas diferencias
de potencial tan grandes reciben suficiente energía para iniciar reacciones
nucleares entre ellos mismo y varios núcleos blancos.
Precipitador electrostático:
Otra importante aplicación de la descarga eléctrica en gases un dispositivo
llamado precipitador electrostático. Este instrumento se utiliza para eliminar
partículas de materia de los gases de combustión, reduciendo de este modo la
contaminación en el aire, en especial es útil en las centrales carbo-eléctricas y en
operaciones industriales que generan grandes cantidades de humo.
Los precipitadores electrostáticos atrapan las partículas de materia a través de la
ionización de las mismas; este llamado también filtro de aire electrostático es un
dispositivo que remueve gas que fluye usando la fuerza de una carga
electrostática inducida.
Los precipitadores electrostáticos son dispositivos de filtración altamente
eficientes, que mínimamente impiden el flujo de los gases a través de dispositivo y
pueden remover fácilmente finas partículas como polvo y humo de la corriente de
aire.
Xerografía:
Es un proceso de impresión que emplea electrostática en seco para la
reproducción o copiado de documentos o imágenes. La base única del proceso es
el empleo de un material fotoconductor para formar una imagen.
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 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.
Según la revista Fortune este es “el producto más exitoso de todos los tiempos
comercializado en los Estados Unidos de América”.
Microscopio de Ion de Campo:
La microscopía de iones en campo (FIM) es una técnica analítica empleada
en ciencia de materiales. El microscopio de iones en campo es una variedad
de microscopio que puede ser usado para visualizar la ordenación de
los átomos que forman la superficie de la punta afilada de una aguja de metal. Fue
la primera técnica con la que se consiguió resolver espacialmente átomos
individuales.
En la FIM, se produce una aguja de metal afilada y se coloca en una cámara
de ultra alto vacío, que después se llena con un gas visualizador tal como
el helio o el neón. La aguja se enfría hasta alcanzar al menos temperaturas del
nitrógeno líquido. Luego se aplica un voltaje positivo que va de 5.000 a 10.000
voltios sobre la punta. Los átomos de gas absorbidos por la punta se
ven ionizados por el fuerte campo eléctrico que existe en las proximidades de ella.
La curvatura de la superficie cercana a la punta provoca una magnetización
natural; los iones son repelidos bruscamente en dirección perpendicular a la
superficie (un efecto de "proyección de punto"). Se coloca un detector de modo
que pueda recoger esos iones repelidos; y la imagen formada por todos los iones
repelidos puede tener la resolución suficiente como para mostrar átomos
individuales en la superficie de la punta. Desafortunadamente los elevados
campos eléctricos imponen también grandes esfuerzos mecánicos cerca de la
punta de la muestra lo cual limita la aplicación de la técnica a elementos metálicos
resistentes, como el tungsteno y el renio.
Al contrario que los microscopios convencionales, donde la resolución espacial se
ve limitada por la longitud de onda de las partículas empleadas en la visualización,
el microscopio basado en FIM funciona por proyección y alcanza resoluciones
atómicas, con una magnificación aproximada de unos pocos millones de
aumentos.
Física II
