1. Por qué la descarga de electricidad estática duele solo un instante
Según tablas basadas en materiales de instituciones de investigación, existe una relación clara entre el voltaje de la electricidad acumulada en el cuerpo y la sensación percibida. A los 2000 voltios, apenas se siente algo en la parte externa del dedo, sin dolor. A los 3000 voltios aparece un pinchazo similar al de una aguja, y a los 10 000 voltios duele toda la mano. El sonido de la descarga se escucha débilmente desde unos 2000 voltios, y la luz de la chispa se hace visible alrededor de los 4000 voltios [1].
Otras páginas de empresas explican que, como referencia, se comienza a sentir la estimulación eléctrica aproximadamente a partir de los 3000 voltios [3]. Dado que los enchufes domésticos en Japón funcionan a 100 voltios, los 3000 voltios que provocan dolor son 30 veces esa potencia, y los 10 000 voltios son 100 veces. A pesar de esto, el choque ocurre durante un instante.
El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Laboral (JNIOSH) indica que el choque estático ocurre cuando una corriente de unos pocos miliamperios atraviesa el cuerpo en un tiempo inferior a una millonésima de segundo. Si la corriente es pequeña, menor de 0,1 miliamperios, no se percibe como un choque aunque fluya durante más tiempo [2]. La razón del dolor no es solo el alto voltaje, sino el hecho de que la corriente fluye en un tiempo extremadamente corto.
2. Cómo caminar separa cargas y acumula electricidad en el cuerpo
Cuando una persona camina sobre el suelo, la suela del zapato toca y se separa repetidamente de la superficie. Según los materiales introductorios de la asociación técnica EOS/ESD, esta acción de contacto y separación genera electricidad estática [4]. Aunque se suele pensar que es algo que se produce «frotando», ocurre simplemente con tocar y separar. La electricidad no se crea de la nada; los componentes positivos y negativos que ya existían se separan, quedando desequilibrados entre el zapato y el suelo. Este desequilibrio se acumula en el cuerpo de quien camina (la ruta de acumulación varía según las condiciones).
Este fenómeno se llama «triboelectricidad». En griego, «tribo» significa «frotar» y «electros» significa «ámbar» [4]. El ámbar es una gema formada por resina de árbol endurecida que atrae objetos ligeros al frotarla. Se dice que Tales, alrededor del año 600 a.C., mencionó este hecho, y en 1600, William Gilbert creó la palabra latina «electricus» basada en el término griego para ámbar. De ahí proviene la palabra inglesa «electricity», es decir, «electricidad» [5].
El cuerpo humano se compara con un recipiente que almacena electricidad [6]. Es la imagen de un contenedor que recibe pequeñas cargas cada vez que caminas. En realidad, la electricidad no es un líquido como el agua; intervienen partículas con carga, como los electrones.
3. Cómo el aire deja de aislar y deja pasar la descarga cuando el voltaje es muy alto
El aire es normalmente un «aislante» que no conduce electricidad. Pero cuando el voltaje se vuelve muy alto, el aire no puede soportarlo y se convierte en un camino para la electricidad, produciendo una chispa. La resistencia del aire tiene una referencia de aproximadamente 3000 voltios por cada milímetro de separación [7]. Si se calcula simplemente, 10 000 voltios podrían saltar una distancia de unos 3 milímetros. No obstante, en zonas puntiagudas como las yemas de los dedos, los cálculos no siempre se ajustan exactamente.
La energía de la electricidad que salta es sorprendentemente pequeña. Si se calcula considerando el cuerpo como un condensador, a 3000 voltios la energía es de unos 0,45 milijulios, e incluso a 10 000 voltios es de unos 5 milijulios [6]. Aunque el voltaje es alto, la energía es mínima; se explica que no es suficiente para herir a una persona sana, aunque la baja energía no garantiza la seguridad en todos los contextos.
Aun así, en lugares con vapores de gasolina, puede provocar fuego. En estaciones de servicio de autoservicio durante épocas secas, ocurrieron incendios porque las chispas de la estática del cuerpo inflamaron los vapores. Por ello, la Agencia de Gestión de Incendios y Desastres emitió en 2001 una notificación para asegurar la eliminación de la estática antes de repostar [8]. Las hojas de descarga estática que hoy se ven en muchas estaciones ayudan a descargar la estática antes de repostar. Nota: Aunque la energía sea pequeña, no siempre es seguro.
4. Cómo la humedad del aire cambia mucho el voltaje del cuerpo
El voltaje en el cuerpo de una persona que camina sobre una alfombra tiene una referencia de unos 35 000 voltios cuando la humedad es del 10-25%, y unos 1500 voltios cuando es del 65-90%. Hay una diferencia de aproximadamente 23 veces [4]. En pisos de vinilo, la diferencia es de 12 000 voltios frente a 250 voltios. Ambos son «referencias típicas» y no significan que ese voltaje aparezca siempre.
Es importante notar que, incluso con alta humedad, la electricidad estática existe [4]. Lo que cambia es la cantidad que se acumula. En el aire húmedo, las gotas o películas de agua se adhieren a las superficies. Como el agua conduce electricidad, la carga escapa con más facilidad por las superficies húmedas. Generalmente, se dice que cuando la humedad relativa supera el 65%, la estática es difícil de generar y, si aparece, se disipa naturalmente [9].
Usando la analogía del recipiente anterior, en días húmedos el fondo tiene pequeños agujeros por los que la electricidad cargada se filtra inmediatamente. En los días secos de invierno, los agujeros están tapados y la carga se acumula sin parar. En realidad, la electricidad no sale por agujeros como el agua; la película de agua sirve de camino para la electricidad.
5. Por qué el aire de las habitaciones se seca en invierno
La humedad relativa es la proporción de vapor de agua real presente en el aire respecto a la cantidad máxima que ese aire puede contener a esa temperatura. La cantidad de vapor que el aire puede contener cambia drásticamente con la temperatura. Por metro cúbico, el aire a 0 °C contiene unos 4,8 gramos de agua, a 10 °C unos 9,4 gramos y a 20 °C unos 17,3 gramos [10]. El aire frío contiene muy poco vapor de agua.
Según los valores promedio de la Agencia Meteorológica de Japón (1991-2020), en enero la temperatura media en Tokio es de 5,4 °C y la humedad relativa media es del 51%. En agosto, son 26,9 °C y 74% [11]. El aire exterior en invierno está sorprendentemente húmedo.
Sin embargo, si se calienta ese aire exterior hasta 20 °C sin añadir vapor de agua, el cálculo indica que la humedad baja a aproximadamente el 19% [12]. Esto cae dentro del rango de «10-25%» donde se mencionó la referencia de 35 000 voltios. En las habitaciones reales, la respiración de las personas y la cocina añaden vapor, por lo que no llega al 19%. Aun así, este cálculo, que supone calentar el aire sin añadir vapor de agua, muestra que solo con la calefacción la humedad baja significativamente.
6. Por qué unas personas sienten la descarga y otras no
Al tocar la misma manija, algunas personas reciben la descarga y otras no, o la sienten un día y no otro. Según el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Laboral, esta diferencia no se debe a la constitución física, sino a la cantidad de electricidad estática acumulada en el cuerpo. Lo que más influye en esa cantidad es el material de la suela del zapato [2].
Las suelas de caucho natural son muy resistentes al paso de la electricidad, por lo que la carga acumulada no escapa fácilmente y es más probable sentir el choque. Las suelas de poliuretano o caucho nitrílico permiten que la electricidad pase con mayor facilidad, por lo que se acumula menos y se siente menos [2]. Incluso la misma persona puede sentir una intensidad diferente dependiendo del calzado que use.
Si la carga ya está acumulada, se explica que tocar la manija con un producto de cuero permite que la electricidad fluya gradualmente, descargándose sin causar un choque [2]. La misma electricidad duele si fluye de golpe, pero no duele si fluye lentamente.
7. Por qué los relámpagos son una versión gigante del mismo mecanismo
La Agencia Meteorológica de Japón define el rayo como «un fenómeno de descarga causado por la separación masiva de cargas positivas y negativas en la atmósfera». Se cree que dentro de las nubes, los granos de hielo y los pequeños cristales de hielo chocan entre sí, separando la electricidad [13]. La página educativa de la NOAA de Estados Unidos comienza su explicación del rayo utilizando el ejemplo de la estática al tocar una manija [14].
La electricidad se separa, se acumula y, cuando el aire no puede resistirlo, salta. Es el mismo orden que vimos con los zapatos y la manija. La única diferencia es el tamaño. La forma en que se separa la electricidad en las nubes y el desfase entre la luz y el sonido se tratan en notas específicas sobre los relámpagos.
8. Por qué todavía no se conoce del todo cómo el frotamiento transfiere electricidad
Hasta ahora hemos explicado que «la electricidad pasa de un lado a otro». Pero el mecanismo detallado de qué y por qué se transfiere no está completamente determinado. Se considera que la ciencia detrás de la triboelectricidad no está totalmente establecida incluso en 2023 [15].
Existe una tabla llamada «serie triboeléctrica» que ordena los materiales por su facilidad para volverse positivos. Sin embargo, es una clasificación empírica y se han encontrado combinaciones contradictorias donde A es más positivo que B, B más que C, pero C es más positivo que A [15].
En 2011, un estudio publicado en la revista *Science* por Baytekin y otros, que examinó superficies frotadas, mostró que no es que un lado sea todo positivo y el otro todo negativo, sino que hay pequeñas áreas positivas y negativas mezcladas como un mosaico [16]. Esto reescribió una visión que se había mantenido durante siglos.
Otro experimento reporta que, al despegar cinta adhesiva en el vacío, se emiten rayos X, según una publicación en *Nature* en 2008 [17]. Este es un experimento en vacío, con condiciones diferentes a las de despegar cinta en una casa con aire.
9. Cómo investigar por tu cuenta la humedad y la electricidad estática
¿Se cumple el cálculo de que calentar el aire de invierno baja la humedad en tu región? Puedes buscar la temperatura y la humedad de enero en las tablas de valores promedio del sitio web de la Agencia Meteorológica de Japón y compararlas [11]. La humedad que aparece en los pronósticos del tiempo es la del aire exterior; la humedad interior es un número diferente.
Si deseas consultar materiales, hay tres opciones: el resumen del artículo sobre el «mosaico» [16] para ver qué se midió y qué se descubrió; el artículo sobre la cinta y los rayos X [17] para ver qué se verificó en el vacío; y el informe de la Agencia de Gestión de Incendios sobre los incendios por estática en estaciones de autoservicio [8], que incluye tablas sobre la frecuencia en épocas secas y los cambios tras la notificación. Si ves una hoja de descarga estática en una estación de servicio, piensa por qué está allí, relacionándolo con ese informe.