Electromagnetísmo

Efectos electromagnéticos

El efecto punta es un efecto físico que se produce por la acumulación de energía en esa parte de un cuerpo.

Cuando un material posee carga eléctrica, esta se distribuye por todo el cuerpo (superficie, si se trata de conductores). La densidad de carga es la carga por unidad de volumen o superficie en el cuerpo de manera que si la carga se distribuye en el cuerpo, su densidad será mayor en las zonas de menos volumen o menos superficie. Por esto se produce una acumulación de energía en las zonas del material acabadas en punta donde su volumen es menor y se concentra mayor cantidad de carga, de manera que si el material está expuesto a un campo eléctrico externo, tenderá a interactuar con éste por la zona de mayor densidad de carga, es decir, en la punta.

A este efecto se le conoce como efecto punta. Fue descubierto por Benjamin Franklin, quien lo ilustró en su obra de 1753, Almanaque del pobre Richard. Es de especial interés en muchas aplicaciones como el pararrayos, inventado por el propio Franklin tras sus experimentos con una cometa en días de tormenta. Para realizar dichos experimentos, Franklin lanzaba una cometa de seda, con una punta metálica en la parte más alta, unida a un cordel también de seda. Del cordel colgaba una llave, que unía el dispositivo con tierra (carga eléctrica neutra), provocando así la descarga del rayo.

Debido al "efecto punta" cuando nos encontramos en una tormenta de rayos no debemos levantar los brazos hacia arriba y no se deben despegar demasiado del cuerpo, ya que podríamos acumular carga en nuestro cuerpo, y por efecto punta podríamos atraer la descarga de un rayo. En estos casos lo más recomendable es colocarse de rodillas y pegar los brazos al cuerpo, para estar al máximo contacto con el suelo (tierra) y en caso de no perder nuestra carga con el suelo, no inducirla con nuestros brazos.

Efecto punta: El campo eléctrico intenso presente en la punta repele los iones de la llama.

Cuando los conductores metálicos terminan en punta se acumula mucha carga en ellas, la densidad de carga es muy alta y en las proximidades se crea un intenso campo que ioniza el aire.

Este efecto fue descubierto por el norteamericano Franklin y en él se basa su invento del pararrayos publicado en 1753 en su famoso “Almanaque del pobre Richard”.

Los pararrayos iniciales consistían en una varilla de unos dos metros de largo colocada en la parte alta de los edificios y unida eléctricamente a tierra por medio de un cable conductor. En la punta del pararrayos se ioniza el aire y por esa parte del aire, que conduce mejor que el resto, se desplaza el rayo. Si se produce una descarga la chispa es conducida a tierra a lo largo del cable.

Parece ser que Franklin lanzó una cometa de seda, con una punta metálica en la parte más alta, unida a un cordel también de seda. Del cordel colgaba una llave. Para conocer el relato de su experiencia pulsa aquí.

No es muy conveniente repetir la experiencia de Franklin por el peligro de ser alcanzados por el rayo.

Las puntas cargadas positivamente producen viento eléctrico positivo.

Las puntas cargadas negativamente producen viento eléctrico negativo. Pulsa aquí para ver una animación.

Los electrones son arrancados a las moléculas de aire por el campo electrostático creado en la punta. Los electrones arrancados chocan con otras moléculas de aire neutras a las que cargan negativamente.

Las moléculas de aire neutras (con igual número de cargas positivas que negativas) son las de color marrón. Las que están cargadas positivamente debido a la pérdida de un electrón son las de color rojo y las que se cargan negativamente al depositarse sobre ellas electrones libres son las de color azul.

La moléculas positivas son arrastradas hacia la punta cargada. Al llegar allí toman electrones de la punta y se neutralizan.

Los electrones y las moléculas negativas son empujadas lejos de las puntas. Estas moléculas negativas repelidas por la punta y empujadas lejos de ella forman el "viento eléctrico negativo". Observa la animación.

El efecto Rossiter-Mc Laughlin es un efecto espectroscópico que afecta a la anchura de las líneas de la estrella principal. Este efecto se basa en la obstrucción de parte de la estrella.

Cuando el planeta esta frente a la parte de la estrella que gira acercándose hacia la tierra, bloquea parte de la luz que se ve corrida hacia el azul. Más tarde, cuando el planeta pasa delante de la región de la estrella que se aleja de nosotros bloquea parte de la luz corrida al rojo por efecto Doppler.

Imagen ilustrando el efecto.El observador está situado en la parte de abajo. La luz proveniente de la parete izquierda esta despladada al azul.Al pasar el planeta va bloqueando parte de la emisión de cara parte.

el efecto Rossiter-McLaughlin (RM). Pues veremos que durante un tránsito, parte de la superficie de la estrella que rota es oculta, debilitándose los componentes de la velocidad de las líneas de absorción de la estrella.

Es decir cuando las líneas de absorción están corridas al azul (acercamiento), la mitad de la estrella es bloqueada por lo tanto el espectro aparece levemente corrido al rojo y en contraposición cuando las líneas de absorción están corridas al rojo (alejamiento), la mitad de la estrella es bloqueada y el espectro es levemente corrido al azul. El resultado es un comportamiento anómalo del efecto Doppler que varía a lo largo del eclipse o tránsito. (fig.1).

Midiendo las líneas de absorción estelares a lo largo del eclipse podemos medir el ángulo entre la proyección de la órbita y el eje de rotación de la estrella. (fig.2).
fig. 1

fig. 2

El efecto RM fue primeramente detectado por Queloz (año 2000), que descubrió la órbita de un Júpiter caliente HD 209458b. Descubrimientos posteriores revelaron una diversidad de órbitas, algunas “bien alineadas” con el plano ecuatorial de de su estrella, otras con un ángulo de desfasaje de 30º o mas y otras en movimiento retrógrado.

Ejemplo de  estas categorías en el siguiente gráfico:

Un posible patrón que emergió durante las mediciones de distintos tránsitos y sugiere que cuando hay grandes oblicuidades en general las estrellas son las de mayor temperatura efectiva o de mayor masa. (fig. 4).

La razón física para éste patrón aún se desconoce pero puede ser una señal de que la migración del planeta es diferente para estrellas de pequeña masa que para las de gran masa.

O tal vez podría indicar que los planetas muy cercanos a estrellas comienzan con una oblicuidad pequeña, la disipación de las mareas causaría la alineación  con la órbita, esto ocurre preferentemente para estrellas de masa pequeña porque éstas tienen mayor área exterior convectiva.

Recientes observaciones refuerzan la evidencia hacia éste patrón, las estrellas calientes de XO-4 y HAT-P-14 están desalineadas, mientras que la estrella “fría” de HAT-P-4, está bien alineada.

Otro caso interesante es el de HAT-P-11b cuya órbita está muy desalineada, junto a una estrella de baja temperatura efectiva; esto puede ser atribuido a un sistema inusual con un débil efecto de marea y debido a que el planeta tiene una relativa baja masa y período orbital largo.

fig. 4

Los cuadrados azules en el gráfico indican los sistemas descubiertos por RV surveys, mientras que los círculos rojos son lo que fueron descubiertos por el método del tránsito fotométrico. Los 6.250ºK parece ser la transición de alineados a desalineados.

La prioridad en futuras observaciones del efecto RM es explorar una diversidad mayor de sistemas exoplanetarios, incluyendo planetas rocosos, planetas de períodos largos y sistemas múltiples.