Cuando una corriente constante pasa a través de un conductor cilíndrico, hay (?) Un campo eléctrico dentro del conductor. ¿Cómo explicar eso?

Answer 1

Ah, esto me lleva de vuelta a mi clase de campos electromagnéticos. Para explicar esto, lo dividiré en varias partes.

Campo eléctrico

Un campo eléctrico es una región de una carga o cargas que influyen en su entorno o la fuerza eléctrica por unidad de carga, lo que lo hace más fácil para usted. Está escrito como E y su unidad es N / m (Fuerza por culombio)

(Fuente: líneas de campo eléctrico)

Actual

La corriente es el flujo de carga eléctrica. Se define como I y su unidad es A (amperios) o Q / s (carga por segundo).

Fuente: MCAT Physics | Circuitos

Bien, ahora sabemos qué es el campo eléctrico y qué corriente es, pero resulta que no hay campo eléctrico dentro del conductor cilíndrico. ¿Por qué? Debido a la ley de Coulomb, pero eso es difícil de explicar, la ley de Gauss es más fácil y correcta.

Ley de Gauss

El total del flujo eléctrico de una superficie cerrada es igual a la carga encerrada dividida por la permitividad.

El flujo eléctrico es el campo eléctrico x el área de la superficie perpendicular al campo.

Fuente: http: //hyperphysics.phy-astr.gsu…

Podemos hacer estos supuestos:

• La longitud del conductor cilíndrico es infinita.
• Suponemos que una superficie gaussiana rodea el cilindro
• El cilindro es simétrico
• Estamos en equilibrio

Una superficie gaussiana no afecta la carga o el campo, por lo que es solo para ayudarnos a descubrir qué es el campo eléctrico mediante el uso de comparaciones.

La corriente es constante pero la simetría del cilindro significa que la carga es uniforme en todo el cilindro.

Así que veamos el cilindro y la superficie gaussiana juntos:

Fuente: http: //hyperphysics.phy-astr.gsu…

Entonces, supongamos que el centro del cilindro es una carga puntual. Una carga puntual es solo una esfera con carga uniforme y hay una superficie que la rodea:

Fuente: http: //hyperphysics.phy-astr.gsu…

Para calcular la E, conocemos el área de superficie de la esfera y que E = F / q. Entonces podemos hacer esto:

Tenemos dos radios, R y r. Vemos cómo se ven las 2 condiciones:

Fuente: Física general II

Fuente: Física general II

Para la condición r> R, el campo eléctrico en r no se ve afectado por la carga fuera de la esfera con la carga en el centro.

Para r <R , la superficie gaussiana es nuestro punto de carga y el área es menor. De la ecuación dada, el campo eléctrico dentro de la carga puntual será tan pequeño que podemos decir que es 0.

Es por eso que no hay campo eléctrico dentro del cilindro.

Espero que esto ayude. Por favor, dígame si he cometido un error o si necesita más información. Gracias.

Answer 2

¡Sí, hay un campo eléctrico dentro del conductor! Este campo eléctrico es lo que obliga a las cargas eléctricas a abrirse paso de un extremo del conductor al otro.

¿Por qué alguien pensaría que no puede haber campo eléctrico dentro de un conductor? Bueno, alguien puede haberse pasado la lana por los ojos al repasar la clase de Ley de Física de Gauss. La Ley de Gauss se aplica a los problemas electroestáticos. La conducción NO es un fenómeno estático.

La conducción es “complicada”. Implica más de una de las ecuaciones de Maxwell. Las corrientes de alta frecuencia pueden residir en la superficie de un conductor, pero DC no se considera de alta frecuencia. 😉

Para aquellos que quieran sumergir su dedo del pie en un poco más de Física, les recomiendo buscar en Google el Vector de Poynting. (Sí, conozco TODOS los vectores ‘punto’, pero este es especial. Confía en mí.)

¡Salud!

Answer 3

Hay un campo eléctrico a lo largo del conductor en la dirección opuesta a la velocidad de deriva de los electrones. No creo que deba explicarse. En un cable no superconductor, los electrones en movimiento funcionan en los átomos / iones de la red (cobre). Esto hace que el cable se caliente. Los electrones necesitan una fuerza para ’empujarlos’ a través del cable. Fuerza = campo x carga o F = qE. El trabajo realizado = fuerza x distancia = qE xl

Desde una perspectiva de energía eléctrica, a medida que el electrón se mueve a través del cable, trabajo realizado = Vq

equiparando Vq = qEl

cancelar y reorganizar – E = V / l esto es consistente con las unidades para campo eléctrico Vm ^ -1 (así como NC ^ -1)

Sospecho que el interrogador sabe que no hay campo dentro de un objeto conductor, para electrostática, esto es cierto. No se está haciendo ningún trabajo así:

El trabajo realizado = fuerza x distancia = qE xl

0 = qEl: los electrones aún tienen carga, el cilindro conductor tiene longitud, por lo que el campo debe = 0

Answer 4

En un conductor ideal, uno cuya resistividad es cero, no habría campo eléctrico interno. Los conductores reales, como los cables de cobre, son resistivos y deben tener un campo eléctrico que apunte en la dirección del flujo de corriente, es decir, en la longitud de ese cilindro, para permitir el flujo de corriente.

El campo se puede calcular usando la ley de Ohm. Si un conductor uniforme de longitud L requiere un voltaje V para habilitar una corriente I, entonces el campo es:

[matemática] E = V / R [/ matemática] y el voltaje V se encuentra en:

[matemáticas] V = I \ cdot R [/ matemáticas]

Answer 5

El flujo de corriente a través del conductor solo cuando el campo eléctrico se establece dentro del conductor. Ese campo eléctrico ejerce una fuerza sobre los electrones libres que causan el flujo de corriente.