Conductor en equilibrio electrostático

Conductor en equilibrio electrostático

Para un conductor que está en equilibrio electrostático, cualquier exceso de carga

Hasta ahora, hemos trabajado generalmente con cargas que ocupan un volumen dentro de un aislante. Ahora estudiaremos lo que ocurre cuando se colocan cargas libres en un conductor. En general, en presencia de un campo eléctrico (generalmente externo), la carga libre en un conductor se redistribuye y alcanza muy rápidamente el equilibrio electrostático. La distribución de carga resultante y su campo eléctrico tienen muchas propiedades interesantes, que podemos investigar con la ayuda de la ley de Gauss y el concepto de potencial eléctrico.

Si hay un campo eléctrico en el interior de un conductor, éste ejerce fuerzas sobre los electrones libres (también llamados electrones de conducción), que son los electrones del material que no están unidos a un átomo. Estos electrones libres se aceleran. Sin embargo, las cargas en movimiento significan, por definición, condiciones no estáticas, al contrario de lo que suponemos. Por lo tanto, cuando se alcanza el equilibrio electrostático, la carga se distribuye de tal manera que el campo eléctrico dentro del conductor desaparece.

Si se coloca un trozo de metal cerca de una carga positiva, los electrones libres del metal son atraídos por la carga positiva externa y migran libremente hacia esa región. La región a la que se desplazan los electrones tiene entonces un exceso de electrones sobre los protones de los átomos y la región desde la que han migrado los electrones tiene más protones que electrones. En consecuencia, el metal desarrolla una región negativa cerca de la carga y una región positiva en el extremo más alejado (figura 2.4.1). Como vimos en el capítulo anterior, esta separación de cargas eléctricas de igual magnitud y de tipo opuesto se llama polarización. Si se elimina la carga externa, los electrones vuelven a migrar y neutralizan la región positiva.

  El equilibrio en la naturaleza

Carga en equilibrio electrostático

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Las líneas de campo eléctrico son siempre perpendiculares a la superficie de dicho conductor, ya que si el campo eléctrico tuviera una componente tangencial distinta de cero, las cargas en la superficie del conductor fluirían y violarían la condición de equilibrio.

Se tiene un conductor aislado. Le das una carga. Esta carga es libre de moverse en el conductor. La carga se moverá hasta alcanzar una condición de “equilibrio”. Es decir, la fuerza neta sobre todos los electrones libres es cero y dejan de moverse. Esto se llama condición de equilibrio.

  Equilibrio en el trabajo

Equilibrio electrostático entre dos cargas

En un conductor, el movimiento libre de los portadores de carga es posible, por lo tanto, cuando un conductor cargado o sin carga se coloca en un campo eléctrico externo, el flujo de carga tiene lugar hasta que llega una situación estable, cuando el flujo neto de carga se detiene, esta condición se llama equilibrio electrostático.

Los campos eléctricos y el movimiento de cargas tienen dos definiciones distintas y es importante no confundirlas. Aclara qué es un campo eléctrico, descubre cómo está relacionado con el movimiento y aprende la ecuación principal del campo eléctrico.

El campo eléctrico dentro de un conductor en equilibrio electrostático es

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1. (fácil) Un trozo esférico de metal sólido (R = 0,1 m) se carga con billones y billones de electrones en exceso. El equilibrio electrostático se establece de modo que el campo E asociado al objeto tiene una magnitud de 400 v/m en su superficie. A continuación, se imagina que una pequeña carga de prueba aparece en el interior del metal. La carga de prueba se desplaza desde el centro de la esfera metálica hacia la superficie. a. ¿Dónde reside el exceso de carga? b. Determine el trabajo realizado por el campo E durante este movimiento.Cualquier conductor en equilibrio electrostático tendrá todo el exceso de carga en la superficie. De este modo, la carga puede repartirse lo máximo posible. Por ello, no habrá campo E en el interior del conductor. Sin campo E en el interior, no puede haber trabajo realizado por el campo durante esta migración.

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