La física de la mascarilla N95

hace 2 años

La física de la mascarilla N95

Es 2022, y a estas alturas, todos hemos estado usando máscaras durante casi dos años. Y a menos que sea un cirujano o un trabajador de la construcción que ya los usaba todos los días, en esos dos años probablemente haya aprendido mucho sobre ellos: cuáles le gustan más, dónde conseguirlos y si tiene algunos adicionales guardados. un bolsillo del abrigo o en algún lugar de su coche.

Pero, ¿sabe qué hace que la preciada máscara N95 sea tan especial? Vamos a averiguar.

Cargas eléctricas

Las fibras de las mascarillas faciales normales de tela o papel filtran las partículas al bloquearlas físicamente, pero las fibras de una mascarilla N95 también utilizan un gran truco físico. Estas fibras están cargadas eléctricamente.

La carga eléctrica es una de las propiedades fundamentales de todas las partículas. Casi todo lo que te rodea está hecho de tres partículas: el protón, el electrón y el neutrón. (Por ahora, ignoremos los muones y los neutrinos, ambas partículas fundamentales que realmente existen, así como otras partículas que son teóricamente posibles).

Así como toda partícula tiene una masa, también tiene una carga. El protón tiene una carga eléctrica positiva con un valor de 1,6 x 10-19 culombios, la unidad para medir la carga eléctrica. El electrón tiene la carga exactamente opuesta. Eso deja al neutrón con carga cero (por lo tanto, la parte "neutra" de "neutrón").

La carga eléctrica es una parte clave de la interacción electrostática, la fuerza entre las cargas eléctricas. La magnitud de esta fuerza depende de las magnitudes de las dos cargas y de la distancia entre ellas. Podemos calcular esta fuerza con la ley de Coulomb. Se parece a esto:

Ilustración: Rhett Allain

En esta expresión, k es una constante con un valor de 9 x 109 N×m2/C2. los cargos son q1 y q2 y la distancia entre ellos es r. Esto dará una fuerza en newtons. Si las dos cargas tienen el mismo signo (tanto positivas como negativas), entonces será una fuerza repulsiva. Si las dos cargas son de distinto signo, entonces la fuerza es de atracción.

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Si todo está hecho de electrones y protones, ¿no debería haber fuerzas eléctricas entre todo? Especie de. Los electrones y los protones son muy pequeños. Eso significa que incluso una pequeña gota de agua tendrá algo así como 1022 protones en él. Esa gota probablemente tendrá el mismo número de electrones. (Y a nadie le importan los neutrones, al menos por ahora). Eso hace que la carga total de esta gota de agua sea igual a cero culombios. Incluso si tiene electrones adicionales en el agua, la carga total será pequeña, ya que la carga de los electrones es insignificante. Esencialmente, la mayoría de las cosas que puedes ver son eléctricamente neutras sin fuerzas eléctricas.

¿Cómo se carga algo?

¿Recuerdas aquella vez que sacaste un calcetín de la secadora y se te quedó pegado a la camisa? Si esa es una interacción de electricidad estática, ¿cómo se cargó el calcetín?

Para hacer que un calcetín se cargue negativamente, solo hay una forma de hacerlo: asegurarse de que el calcetín tenga más electrones que protones. Vas a necesitar un lote de electrones, tal vez algo del orden de 1013 electrones adicionales. (Para darle una idea de qué tan grande es este número, sería el número total de billetes que necesitaría para darle a todos en la Tierra $1,000 en billetes sencillos). Todos esos electrones adicionales le darían al calcetín una carga negativa total de alrededor de 1 microculombio (1 x 10-6 C).

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