¿Qué es un electróforo?

Un electróforo es una forma de batería o generador de carga eléctrica estática primitivo que fue inventado inicialmente en 1762 por un físico sueco, Johan Wilcke, pero la función del dispositivo es lo suficientemente básica como para que pueda estar hecho de una variedad de materiales comunes. La destacada figura política e inventor en la América colonial, Benjamin Franklin, popularizó la idea al hacer una de madera, azufre, cera y metal de peltre. Un electróforo convencional consiste en una placa aislante, generalmente hecha de resina o plástico de algún tipo, sobre la cual se coloca una placa conductora de metal. En el centro de la placa metálica se fija otro medio aislante, como un vaso de plástico que se usa como asa para evitar la descarga prematura del electróforo. Las cargas eléctricas estáticas se pueden extraer del dispositivo por contacto físico con la placa de metal, ya sea cargando momentáneamente bombillas o para realizar otros experimentos.

El principio básico detrás de la operación de un electróforo es el del efecto triboeléctrico, también conocido como electricidad estática almacenada. La placa aislante se carga primero con una carga eléctrica estática antes de ensamblar un electróforo frotándolo contra otros materiales como lana que inducirá una carga eléctrica en la placa aislante a través del proceso de inducción electrostática. Una vez que la placa aislante y la placa conductora se colocan juntas, la carga estática en el aislador separa las cargas positivas y negativas en el conductor de metal. Las cargas positivas en el metal se arrastran hacia la placa aislante y las cargas negativas se repelen.

La carga negativa inducida en la superficie superior de la placa metálica se puede descargar haciendo contacto físico con el metal, completando un circuito a través del cuerpo humano hacia el suelo. La carga a menudo es lo suficientemente fuerte como para que una chispa inofensiva salte del metal al dedo antes del contacto, o los cables de una pequeña bombilla se pueden colocar entre las dos superficies para encenderla temporalmente a medida que la carga se disipa. Las versiones grandes de electrophorus también encenderán una bombilla fluorescente con forma de tubo momentáneamente si un extremo se sostiene con una mano y el otro se mantiene cerca de la placa de metal cargada.

Uno de los aspectos únicos de un electróforo que lo convierte en una demostración popular de los principios eléctricos es que la placa aislante actúa de manera similar a los condensadores o unidades de almacenamiento eléctrico más sofisticados en los circuitos electrónicos comunes. Sin embargo, a diferencia de los condensadores típicos, la placa aislante retiene una carga que no se agota por el proceso de descarga estática en la placa metálica. Después de que se haya producido la descarga polarizada de energía de la placa metálica, si la placa metálica se retira de la vecindad de la placa aislante y luego se coloca encima, la separación de carga en el metal se repetirá ya que el aislante aún mantiene su carga.

Este proceso parece demostrar la idea de que la energía libre proviene de la nada, ya que la carga estática se renueva y descarga continuamente, sin importar cuántas veces se retire la placa de metal y luego se vuelva a colocar encima de la placa aislante. En realidad, la energía se conserva porque el trabajo de alejar físicamente la placa de metal y luego reemplazarla introduce energía potencial en el sistema de electróforo, que luego se convierte en energía cinética cuando se produce una descarga o chispa. Las versiones grandes de electrophorus se conocen como generadores Van de Graaf, que son capaces de producir voltajes electrostáticos en el rango de hasta 2,000,000 voltios, como el creado por el físico estadounidense Dr. Robert Van de Graaf a principios de la década de 1930.