Las fuerzas y los campos eléctricos son responsables de un buen número de aplicaciones cotidianas.Lentillas y maquillajesLas lentillas o lentes de contacto blandas

son un ejemplo de aplicación de las fuerzas

eléctricas atractivas. El material plástico del

que están hechas atrae a las moléculas de

proteína de las lágrimas humanas. Así

dichas moléculas son absorbidas por el

plástico, que se mantiene húmedo con

líquido lagrimal y el ojo de la persona no

percibe la lentilla como un objeto extraño.

De forma similar, algunos tipos de maquillaje incorporan sustancias que son atraídas eléctricamente por la piel, facilitando que los pigmentos permanezcan en su lugar después de ser aplicados.FotocopiadoraOtra aplicación tecnológica de las fuerzas eléctricas de atracción es la fotocopiadora. En ella las regiones del tambor de imágenes se cargan positivamente y atraen a partículas con carga negativa del toner. Estas partículas conforman un polvillo negro, que dibuja la imagen cuando se adhiere a la hoja de la copia.

Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Etapa 4

3: Se carga una hoja de papel blanco, preparada para recibir la copia .

4: Las partículas se adhieren sobre el papel cuando éste rueda sobre el toner, produciendo la copia.

Carlson (1906-1968) inventó en 1938 la primera máquina que funcionó por fotografía eléctrica (no comenzó a utilizarse hasta 1947), precursora de las fotocopiadoras actuales. El proceso se denominó poco después "xerografía", palabra que procede de dos antiguos vocablos griegos y significa "escritura en seco".Peces eléctricosExisten unas 250 especies de peces eléctricos, que aplican en su beneficio diferencias de potencial eléctrico que ellos mismos producen. Estos peces han desarrollado unas células musculares, que en vez de ser largas y delgadas, como la célula muscular normal, son placas cortas y lisas. Están dispuestas unas encima de otras, en paquetes como las baterías en serie, y embebidas en una matriz gelatinosa. Al ser estimuladas por impulsos nerviosos, se genera una diferencia de potencial eléctrico pequeña (del orden de 0.1V) en cada una de ellas y una diferencia de potencial, que llega a ser considerable al considerar bloques de cientos o miles de ellas. En algunos casos estos potenciales eléctricos se producen de forma momentánea y dan lugar a descargas. En otros, el pez mantiene de forma ininterrumpida una diferencia de potencial entre la cabeza y la cola. Las diferencias de potencial se producen en forma de pulsos (a una velocidad de varios cientos de pulsos por segundo) y alrededor del pez se establece un campo eléctrico oscilante.

Muchos de estos peces tienen la vista muy débil y viven en

aguas turbias o en zonas profundas, donde la visibilidad es

escasa. En estas condiciones, su "electricidad" les resulta de

gran utilidad, puesto que los receptores existentes en la piel

informan al animal de las alteraciones del campo eléctrico y

ello les permite evitar obstáculos, les ayuda a identificar

posibles animales depredadores, a encontrar alimento, a

detectar otros animales de su especie, etc. A algunos peces

eléctricos depredadores, las descargas les sirven también

para paralizar a la presa. Por ejemplo, una raya grande (puede

alcanzar hasta 2m de longitud) puede producir una descarga

de más de 200 voltios, capaz de paralizar a un hombre.

Los condensadores tienen muchas aplicaciones. Como su capacidad depende de la sección entre las

placas, se pueden construir condensadores de capacidad variable, como los utilizados en los mandos de

sintonización de un aparato de radio tradicional. En estos aparatos, al girar el mando, se varía la

superficie efectiva entre placas, con lo que se ajusta su capacidad y, en consecuencia, se sintoniza una

frecuencia de una emisora. Del mismo modo, el teclado de un ordenador actúa sobre un condensador

variable, lo que nos permite actuar sobre la pantalla del mismo.

Como se muestra más adelante, los condensadores también son particularmente útiles para dirigir el

movimiento de haces de partículas cargadas. Si se trata de condensadores planos producen un campo

eléctrico uniforme, con el que se pueden desviar las partículas al aplicarles una fuerza eléctrica

proporcional a dicho campo. También se puede conectar el condensador a una corriente alterna u

oscilante, que hace que sus dos placas se carguen y descarguen continuamente alternándose en cada

una la carga positiva y la negativa. Entonces, el campo eléctrico entre ellas también oscila y cambia de

orientación con la misma frecuencia del alternador.

Nos referimos ahora a dos, entre las muchas aplicaciones tecnológicas del

proceso de descarga del condensador. Una de ellas es el desfibrilador, un

aparado que se usa para reanimar enfermos en situaciones de emergencia.

El desfibrilador usa un condensador que puede almacenar 360J y entregar

esta energía al paciente en 2ms. Otro ejemplo de utilidad de la descarga del

condensador es el flash de las cámaras fotográficas, que posee un

condensador que almacena la energía necesaria para proporcionar un

destello súbito de luz.

Finalmente hablamos de cómo Tierra se puede

modelizar como un condensador. Aunque la

atmósfera está compuesta principalmente por

oxígeno y nitrógeno, que son gases eléctricamente

aislantes, una parte de ella (la ionosfera) está

permanentemente ionizada y con carga positiva,

debido a su interacción con la radiación solar. Por

su parte, la superficie de la Tierra, que es

principalmente agua (tres cuartas partes lo son y

por el resto el agua se infiltra a través de múltiples

grietas y fisuras), también contiene iones disueltos

y tiene una carga neta negativa. Por tanto, en la

Tierra se puede considerar gran condensador,

cuyas placas (esféricas) serían la ionosfera, y el

suelo.

Ahora bien, en condiciones de "buen clima", la capa de aire que existe entre las dos “placas” de dicho

condensador terrestre es un medio dieléctrico, pero no totalmente aislante, por lo que dicho

condensador se tendría que ir descargando poco a poco a través de ella. No ocurre así y ello se debe a

que existe un mecanismo compensatorio que lo recarga: las tormentas.

Antes de que se inicie una tormenta, en un tipo

de nubes llamadas cumulonimbos se genera

un movimiento de cargas que polariza a dichas

nubes (el proceso que causa esta polarización

es bastante complejo), haciendo que la cara de

ellas que se enfrenta al suelo terrestre

acumule carga negativa y la cara superior

acumule carga positiva (es decir, provocando

una inversión del campo eléctrico ahí). Si la

nube no es muy "alta", se producen descargas

(rayos) a través del aire (cuando está húmedo

llega a ser conductor), entre partículas del

suelo con carga positiva y las cargas negativas

de la cara de las nubes que mira a dicho suelo.

Además hay un efecto de ida y vuelta de los

rayos, de tal modo que, después de subir las

partículas del suelo a la nube,

instantáneamente regresan, causando la visión

del relámpago.

Un acelerador lineal de partículas es un dispositivo que consigue que un haz de partículas cargadas

adquiera una gran energía cinética. Ello resulta de gran utilidad, porque los haces de partículas de gran

velocidad se utilizan para investigar la estructura subatómica de la materia.

El tubo de rayos catódicos es un dispositivo de visualización que inventó Crookes (1832-1919) en 1875.

Se ha venido empleando en monitores, televisores y osciloscopios, aunque en la actualidad se está

sustituyendo paulatinamente por las nuevas tecnologías de proyección de imágenes (plasma, LCD, LED).

El descubrimiento de los rayos catódicos se produjo durante 1858 y 1859 por Plücker (1801-1868), que

llamó así a rayos que emanaban de una lámpara de vacío. Posteriormente, en 1897, Thomson (1856-

1940) determinó la relación entre la carga y la masa de los rayos catódicos, midiendo cuánto se desvían

por un campo eléctrico y la cantidad de energía que llevan. Como se explica en el tema dedicado a la

Estructura atómica, Thomson dedujo el carácter corpuscular de los rayos y su naturaleza eléctrica

negativa. Además obtuvo la relación entre su carga y su masa. Esta relación mostraba que las partículas

que componían los rayos catódicos tenían que ser muy livianas. Poco después, se les dio el nombre de

electrones, y en 1913 Millikan (1868-1953) obtuvo por separado el valor de su carga eléctrica y de su

masa con el experimento de la gota de aceite.

A la izquierda se muestra

un esquema de un tubo

de rayos catódicos.

Mediante emisión

termoiónica una placa

metálica caliente o cátodo

emite electrones, que son

acelerados por el campo

eléctrico existente entre esa placa o cátodo (de carga negativa) y otra placa o ánodo (de carga positiva).

El conjunto conforma un cañón de electrones y se obtiene un haz fino después de que éstos pasan por

una ranura del ánodo. A partir de ahí los electrones entran en el tubo propiamente dicho y se les aplica,

mediante sendos condensadores, un campo eléctrico vertical y otro campo eléctrico horizontal.

Finalmente, el haz de electrones incide sobre una pantalla fluorescente, donde produce un destello de

una intensidad que depende de la del propio haz.

Cada uno de los campos eléctricos aplicados, por ser perpendicular a la velocidad inicial de los

electrones, produce una desviación del haz. Variando la intensidad de estos campos adecuadamente se

puede conseguir la desviación que se desee, tanto vertical como horizontal. De este modo, se consigue

que el haz pueda incidir a lo largo de la pantalla y proporcione a la misma puntos de intensidad luminosa

variable.

En el caso de un osciloscopio, la intensidad del haz se mantiene constante,

y la imagen dibujada reproduce el camino que recorre el haz.

Normalmente, la desviación horizontal se hace proporcional al tiempo, y la

desviación vertical es proporcional a la señal. Modificando esta señal

vertical, se puede visualizar la evolución en el tiempo de funciones

diversas. Modificando ambas señales, se pueden visualizar composiciones

de señales o de movimientos perpendiculares, para obtener, por ejemplo,

las figuras de Lissajous, resultado de la composición de dos movimientos

oscilatorios.

En el caso de un monitor de televisión o en el de un

ordenador, el haz electrónico barre toda la pantalla

durante una fracción muy breve de tiempo,

produciendo la sensación visual de una imagen.

El fundamento de los aceleradores más básicos es el mismo que el del cañón de electrones que hay en

un extremo del tubo de rayos catódicos. Es decir, consiste en un tubo más o menos largo en el que se

hace el vacío para que las partículas aceleradas se puedan desplazar sin encontrar obstáculos. Las

partículas son aceleradas mediante la aplicación de un campo eléctrico que se produce entre dos o más

placas cargadas.

Los aceleradores de altas energías, más sofisticados, se pueden esquematizar mediante el dibujo

adjunto. El haz de partículas cargadas, va pasando sucesivamente por el interior de tubos metálicos de

longitud creciente, A, B, C, D, E,.., que están conectados a una tensión alterna. Para entender como

funciona el sistema suponemos que se quiere acelerar un haz de partículas de carga positiva. Entonces,

cuando se emite el haz, el primer tubo A tiene carga negativa y lo atrae produciéndole una aceleración

antes de que el haz penetre en el tubo.

Cuando el haz viaja por el interior del tubo, lo hace pasando justo por su eje. El tubo lo atrae con la

misma fuerza eléctrica en todas las direcciones y, por tanto, no modifica la trayectoria del haz.

Justamente cuando dicho haz llega al punto medio del tubo A cambia el sentido de la corriente que

alimenta todos los tubos lo que provoca que el tubo A, que tenía carga negativa, tenga carga positiva, el

tubo B pase a tener carga negativa, el C positiva, etc. De esta manera, cuando el haz sale del tubo A, es

repelido por él y atraído por el tubo B, lo que implica que el haz es acelerado en su trayecto de A hacia

B. El mismo proceso se repite en cada etapa, es decir, cuando el haz llega a la mitad del tubo B, vuelve a

cambiar de sentido de la corriente. B pasa a tener carga positiva, y A y C vuelven a tener carga negativa.

Así cuando el haz sale del tubo B, es repelido por él y atraído por C, con lo que haz vuelve a ser

acelerado al pasar de B a C. Y así sucesivamente. Cada nuevo tubo tiene una longitud mayor que el

anterior, porque la carga de los tubos cambia de signo a intervalos de tiempo iguales (determinados por

la frecuencia de la corriente alterna que los carga) y en cada nueva etapa el haz viaja a mayor velocidad.

Aplicaciones de Campo Eléctrico

Las señales de radiodifusión como la TV o la radio son campos eléctricos radiados que viajan por el

espacio. Estos campos eléctricos que son ondas se emplean para transmitir señales de información a

distancia sin necesidad de cables.

El radar es un ejemplo ya que manda una señal (una onda con campo eléctrico) y la capta un avión. La

señal rebota y vuelve al radar. Por el tiempo que ha tardado el radar localiza la distancia y la posición del

objetivo.

El microondas utiliza una señal electromagnética y se puede considerar un ejemplo de campo eléctrico

ya que la señal electromagnética incluye un campo eléctrico, que funciona a la frecuencia de resonancia

del agua, esto quiere decir que sólo las moléculas de agua vibran haciendo que aumenten su energía y

se rompan haciendo que se evaporen.

La impresora - Unas gotas de tinta de una impresora componen las letras gracias a la aplicación de un

campo eléctrico que le manda la posición exacta en el papel.

El rayo porque de una manera física se puede decir que un rayo es la reacción eléctrica causada por la

saturación de cargas electro estáticas que han sido generadas y acumuladas progresivamente durante la

activación del fenómeno eléctrico de una tormenta