¿Por qué el campo eléctrico dentro de un conductor es cero? ¿Cómo se convierte el campo eléctrico en cero en un conductor?

Answer 1

Digamos que tienes un conductor.

En el caso normal, cuando no hay campo externo, no hay campo dentro del conductor, por lo que el campo es cero.

Hablemos del otro caso. Inicialmente, el conductor está en una posición como la que se muestra a continuación en ausencia de campo externo (los puntos azules son electrones. Por supuesto, no he mostrado todos los electrones. La idea es que la carga se distribuya uniformemente).

Supongamos que enciende un campo eléctrico, tal vez traiga una hoja metálica cargada muy grande.

Ahora, usted podría decir: “¡Ajá! ahí está el campo dentro del conductor “. Pero te estás olvidando de algo. Es un conductor. Hay cargos gratuitos (libre de moverse por la mayor parte del conductor). Entonces, en presencia de un campo externo, estas cargas experimentan una fuerza.

Y aquí está lo más crucial:

“Estas cargas se reorganizan hasta que ya no experimentan una fuerza”.

A medida que se activa el campo eléctrico, los electrones se mueven contra el campo eléctrico y se acumulan en un lado del metal. Naturalmente, el otro lado se carga positivamente. Entonces, el resultado es un campo interno debido a la acumulación de cargas. Las cargas en el medio dejan de moverse un poco más tarde porque el campo interno tiene exactamente la misma fuerza que el campo externo.

(Los puntos rojos representan carga positiva acumulada en el otro lado. Tenga en cuenta que no son protones)

Dentro del conductor, ahora hay 2 campos eléctricos opuestos igualmente equilibrados. Entonces el campo neto dentro del conductor es cero.

Un gran profesor de física tenía una buena manera de expresarlo así:
“ Las cargas se mueven en un conductor para matar el campo externo. ”

Usted mismo necesita pensar y darse cuenta de por qué es verdad.

Por cierto, este fenómeno tiene una aplicación importante en el blindaje electrostático.

Actualización: Olvidé mencionar que el campo eléctrico no es cero cuando sus extremos están conectados a una batería. En ese caso, los cargos intentan seguir el mismo mecanismo que el anterior, pero no hay final .

Answer 2

Un conductor perfecto es un material que transporta un número ilimitado de electrones libres, aquí los electrones libres en un conductor son los electrones que no están unidos a ningún átomo en particular. Por lo tanto, el conductor que tiene una gran cantidad de electrones libres es un sistema dinámico que siempre trata de lograr un equilibrio estable o una configuración de energía potencial mínima. El número ilimitado de electrones libres disponibles siempre se organizan de tal manera que el conductor esté siempre en una configuración de potencial mínimo, en otras palabras, la disposición de electrones libres asegura el equipotencial dentro del volumen de un conductor.

Sabemos que el campo es un gradiente negativo de potencial. Si el potencial es mínimo, el campo debe ser cero. Cualquier carga neta dada a un conductor reside solo en la superficie exterior para garantizar un campo cero dentro de la carne del conductor (no necesariamente en una cavidad dentro de un conductor). Bueno, si el campo no es cero en ningún punto dentro, la carga neta presente en el interior experimenta fuerza y ​​se mueve hacia la superficie hasta que el campo eléctrico neto se vuelve cero. Esta disposición de carga neta en la superficie del conductor tiene lugar casi instantáneamente.

A diferencia del conductor en situaciones de campo eléctrico estático, el campo no es cero en el interior cuando hay un flujo de corriente constante dentro de un conductor como el cobre. ¿¿Por qué??

En primer lugar, no hay conductores perfectos que tengan un número ilimitado de portadores de carga. Como todos los metales se acercan al conductor perfecto, solo se requiere una cantidad débil de campo eléctrico para empujar los electrones libres en la dirección opuesta del campo, aquí los electrones libres se mueven para hacer que el campo eléctrico sea cero en el interior, pero nunca tienen éxito en el esfuerzo, pero siguen fluyendo. dentro de un circuito cerrado. Si observa la ley de Ohm, J = (conductividad) E, podemos entender que dentro de los materiales que tienen alta conductividad, el campo eléctrico es bajo durante el flujo de corriente. Un conductor perfecto tiene una conductividad infinita, por lo que el campo necesario para impulsar las cargas libres es prácticamente cero.

Answer 3

Debido a que no hay ninguna fuente, solo átomos neutros y electrones / agujeros libres en la superficie.

En electrostática, cualquier superficie que dibuje dentro de un conductor no tendrá flujo eléctrico neto por la Ley de Gauss, que es una expresión de continuidad de las líneas de campo:

Arriba hay una superficie gaussiana A dentro del conductor (bueno, un corte bidimensional de uno): tenga en cuenta que si una línea de campo de una de las cargas (representada por un signo +) entra en la superficie, debe salir por el otro lado, ya que los campos eléctricos solo terminan en un sumidero (normalmente denotado por un signo -).

Si reduce esta superficie a un punto, obtendrá el resultado de que no hay campo eléctrico en ese punto (ya que, según el argumento anterior, no hay flujo de líneas de campo a través de ese punto). Físicamente, lo que sucede * es que los electrones libres en la superficie se organizan de tal manera que cancelan las contribuciones de cada uno al campo en cada punto del interior; resultando en un campo cero neto.

En realidad, es un poco extraño que la distribución de carga en la superficie 2-D tenga suficientes grados de libertad para poner a cero el campo en cada punto dentro del conductor 3-D **, pero es cierto. ***

En cuanto a si pones una corriente a través del conductor, ya no estás en la carcasa estática (ya que tienes carga móvil). Estás volcando muchos electrones en el conductor y no les estás dando tiempo para moverse hacia el borde, por lo que ahora hay fuentes dentro de tu superficie gaussiana y, por lo tanto, un campo eléctrico.

* Al menos, esta es la historia que me contaron en la universidad.

** Esto siempre me ha irritado. Es fácil de ver en casos con suficiente simetría, pero para formas extrañas como la imagen que encontré, no parece posible para mi intuición. Es posible, por supuesto, soy malo para intuir las respuestas correctas a esta pregunta.

*** Regla número uno de la teoría clásica del campo: la ley de Gauss nunca miente.

Answer 4

Las líneas de campo eléctrico son líneas que muestran el camino a lo largo del cual se movería una partícula cargada positivamente. Por lo tanto, se dirige lejos de cualquier cuerpo cargado positivamente y hacia un cuerpo cargado negativamente.

Ahora traes un conductor al campo de lo que sucede. ¿No tienes respuesta? Lea la sección anterior una vez más, ¿Intentar de nuevo? Ahora un conductor no puede tener cargas positivas en movimiento; ¿Puede? Sin embargo, tiene electrones libres que se comportan exactamente lo contrario de las partículas positivas. Los electrones se mueven contra un campo eléctrico. Ahora, cuando se somete a un campo eléctrico, varios electrones se mueven en la dirección opuesta, como puede ver en la figura siguiente. El campo eléctrico se dirige de izquierda a derecha mientras los electrones se mueven hacia la izquierda creando una carga negativa a la izquierda y una carga positiva a la derecha.

Ahora, ¿qué crees? ¿Puedes dar alguna explicación de por qué el campo eléctrico no pasa a través del conductor? Nuevamente declarando las dos primeras oraciones nuevamente.

Las líneas de campo eléctrico son líneas que muestran el camino a lo largo del cual se movería una partícula cargada positivamente. Por lo tanto, se dirige lejos de cualquier cuerpo cargado positivamente y hacia un cuerpo cargado negativamente.

Ahora mire la figura anterior nuevamente. Obviamente, hay una fuente positiva que causa el campo a la izquierda y un sumidero negativo a la derecha hacia donde se dirige el campo eléctrico. Pero ahora también puede ver que el conductor tiene una carga negativa a la izquierda y una carga positiva a la derecha. Ahora un campo eléctrico se dirige de una carga positiva a una carga negativa y como puede ver aquí. El campo eléctrico debido a las cargas dentro del conductor se dirige opuesto al campo eléctrico exterior debido a que se originó el campo dentro del conductor (debido al movimiento de electrones que causó el campo externo que causó la creación de un campo eléctrico cuya intensidad aumenta a medida que se mueven más y más electrones, pero pronto ambos campos están equilibrados y, como tal, no hay campo eléctrico neto.

Así es como surgió la afirmación “El campo eléctrico no pasa a través de un conductor”. Pero la afirmación no es realmente correcta (en realidad sí pasa, pero se establece un campo opuesto), pero continúa expresándose así.

Answer 5

No siempre.

El campo eléctrico neto dentro del conductor es cero solo en condiciones electrostáticas, es decir, las cargas son estacionarias. En un conductor, hay cargas gratuitas y siempre se moverán hacia adentro si existe un campo eléctrico dentro. Entonces, para que las cargas permanezcan estacionarias, no debe haber campo eléctrico dentro de un conductor. No solo que tampoco hay cargos netos dentro del conductor.

Entonces, lo que sucede es esto: mantenga un conductor en un campo eléctrico externo que sea estacionario. Instantáneamente, este campo también estará presente dentro de este conductor y las cargas aleatorias debido a este campo se moverán y reorganizarán en cuestión de microsegundos, de modo que las cargas reorganizadas produzcan un campo eléctrico exactamente igual y opuesto al campo externo, creando así la red. campo eléctrico dentro del conductor cero. Estas cargas residen en la superficie externa del conductor y son estacionarias.

Por otro lado, si tiene un campo eléctrico variable en el tiempo, existe un campo eléctrico / penetra una pequeña profundidad en el conductor. Esto se conoce como profundidad de la piel.

Answer 6

El campo eléctrico dentro de un conductor es cero debido a la ley del cuadrado inverso.
En cualquier punto del interior, las fuerzas que actúan en direcciones opuestas son iguales.
Las fuerzas en la dirección de A1 y A2 son proporcionales a [matemática] carga / distancia ^ 2 [/ matemática]
Los cargos correspondientes a A1 y A2 son proporcionales a las áreas; y las áreas son proporcionales [matemáticas] d ^ 2 [/ matemáticas]. Por lo tanto, las fuerzas son proporcionales a [matemáticas] d ^ 2 / d ^ 2 [/ matemáticas] para cada una, y se cancelan.
Del mismo modo, el campo gravitacional dentro de un caparazón gravitacional también es cero.

Answer 7

En realidad, no siempre es así.
De hecho, si desea pasar cualquier corriente a través de un conductor, debe aplicar un voltaje, que es un campo eléctrico. De lo contrario, no habrá corriente.
Pero supongo que su pregunta tiene que ver con la física de libros de texto electrostáticos, donde generalmente se supone que no hay campo dentro de un conductor.
En electrostática, si mueve una carga cerca de un conductor, inducirá una carga opuesta en la superficie del conductor. Tomará un instante (la cantidad de tiempo es el tamaño del conductor / velocidad de la luz) y después de eso, el flujo de cargas se detiene y eso significa que el campo dentro del conductor es cero.

Answer 8

En electrostática, los cargos gratuitos en un buen conductor residen solo en la superficie.

Hay al menos dos formas de entender esto

• Entonces, la carga gratuita dentro del conductor es cero. Entonces, el campo en él es causado por cargas en la superficie. Dado que las cargas son de la misma naturaleza y la distribución es UNIFORME, los campos eléctricos se cancelan entre sí.
• Considere una superficie gaussiana dentro del conductor. La carga incluida es cero (la carga reside solo en la superficie). Por lo tanto, flujo eléctrico = 0 Además, flujo eléctrico = campo eléctrico * área. Como el área no puede ser cero, el campo eléctrico es cero
• La ley de Gauss establece que el flujo del campo eléctrico a través de una superficie cerrada es igual al cociente de la carga dentro de la superficie dividido por ϵ0 [matemática] ϵ0 [/ matemática].

Un conductor se caracteriza porque los portadores de carga pueden moverse libremente dentro de él. Si las cargas en un conductor en equilibrio en reposo, la intensidad del campo eléctrico en todos los puntos interiores del mismo debe ser cero, de lo contrario, las cargas provocarían una corriente eléctrica.

Dentro de un conductor, dibuje arbitrariamente una superficie cerrada S [matemática] S [/ matemática], y se deduce que:

El campo eléctrico es cero, E = 0 [matemática] E = 0 [/ matemática] en todos los puntos de dicha superficie.

El flujo a través de la superficie cerrada S [matemática] S [/ matemática] es cero.

La carga neta q en el interior de dicha superficie es cero. Como la superficie cerrada S podemos hacerla tan pequeña como concluimos que en cualquier punto P dentro de un conductor no hay exceso de carga, por lo que debe colocarse en la superficie del conductor.

Answer 9

La misma razón por la que hay relativamente poco campo fuera de dos cables paralelos que se ejecutan en direcciones opuestas.

Piense en dos cables paralelos que fluyen en la misma dirección. Si la misma corriente fluye en cada uno, tienen el mismo flujo a su alrededor. Para representar este flujo, dibuja dos círculos idénticos que solo se tocan: dibuja en la misma dirección, con algunas flechas que indican la dirección. Ahora dibuja un círculo circunscrito alrededor de los dos. Ahora mira las flechas. Algunos cancelan, algunos refuerzan.

De vuelta al interior de un conductor.

Mire una sección transversal del cable. Dibuja un círculo para representarlo. Elija dos puntos arbitrarios y piense en ellos como cables paralelos. Dibuja un círculo alrededor de cada uno de ellos. Haz los círculos del mismo tamaño para que se toquen exactamente. Dibújalos en la misma dirección. Ahora dibuja un círculo más grande que abarque ambos círculos.

Estos círculos representan el campo alrededor de esos dos puntos. ¿Te das cuenta de que cuando los círculos se tocan, van en direcciones diferentes y se cancelan? Pero los extremos de los círculos van en la misma dirección y se refuerzan donde tocan el círculo exterior.

Ahora haga esto para cada par de puntos en la sección transversal. Tendrás toneladas de pequeños círculos en la sección transversal y un montón de círculos que abarcan fuera de la sección transversal. El flujo entre puntos, los pequeños círculos, se cancelarán. El flujo exterior, los grandes círculos, se reforzarán.

Answer 10

Simplificado para facilitar la explicación, pero creo que lo tengo …

Debido a la naturaleza de un conductor, tiene una carga igual en toda su superficie. (Si hubiera una diferencia de potencial (PD) entre dos puntos, los electrones excedentes en un punto serían atraídos por el excedente de iones positivos en el otro punto y la PD se equilibraría).

Para que un campo eléctrico se manifieste entre dos puntos, debe haber una PD entre esos dos puntos. Dentro de un conductor, y con esto supongo que quiere decir que dentro de una cavidad cerrada cuyo exterior es un conductor en equilibrio eléctrico estático, no hay PD entre dos puntos. Por lo tanto, no hay campo eléctrico entre esos dos puntos. Lo mismo se aplica a cualquiera de estos dos puntos. Por lo tanto, etc.

Answer 11

El campo eléctrico es la fuerza ejercida sobre una partícula de prueba estacionaria en un punto por las partículas circundantes. En primer lugar, en el campo estático, el mismo tipo de cargas tiende a mantener la mayor distancia posible entre ellas debido a la distracción. Entonces se almacenan en la superficie exterior. Si coloca una carga de prueba en el centro del conductor, esta carga de prueba experimentará la misma fuerza atractiva o repulsiva desde diferentes direcciones, por lo tanto, la fuerza resultante es cero, por eso el campo eléctrico es cero.

Answer 12

No podría tener ningún campo eléctrico estático, las cargas se mueven hasta que todo el cuerpo sea equipotencial y luego el campo eléctrico sea igual a cero. Los cargos en exceso se rechazarán entre sí, por lo que se distribuirán en la superficie del cuerpo.

Answer 13

Amplificando las respuestas del Sr. Redding y Xu, una respuesta simple a la pregunta es:

(1) Un campo eléctrico dentro de un conductor es cero en “electrostática” como lo explicó el Sr. Xu.

(2) Un campo eléctrico tiene un valor distinto de cero en un conductor “normal” en electrodinámica como lo explicó el Sr. Redding. Tenga en cuenta que se agrega “normal” antes de “conductor”.

(3) Un campo eléctrico es cero (o disminuye exponencialmente desde la superficie) en un superconductor (tipo I más específicamente), incluso si se aplica un campo magnético, debido al efecto Meissner – Wikipedia

Espero que esto ayude.

Answer 14

No hay electrones adicionales dentro de un conductor. Si bombea electrones a un conductor, todos se apiñarán hacia la región exterior del conductor debido a la repulsión mutua. Debería haber un campo magnético notable causado por todos esos electrones que zumban. Con frecuencia hay campos eléctricos alrededor de algunos componentes eléctricos, pero creo que son tan débiles que solo hacen cosas como atraer partículas de polvo. Cuanto menor es el voltaje, menor es la tendencia a conducir electrones a la superficie de los conductores, y eso puede influir en la intensidad del campo. Supongo que la mayoría de los circuitos a los que estamos expuestos en la vida diaria son CA, por lo que realmente no hay muchos electrones adicionales inyectados en los cables. Los electrones en los cables se mueven rápidamente de un lado a otro por el generador de CA.

Pregunta interesante para futuras investigaciones. Consulte lo siguiente para obtener gráficos de los campos eléctricos y magnéticos alrededor de las líneas de alimentación de CC y CA:

http://www.eskom.co.za/OurCompan …

Answer 15

En electrostática, las cargas están presentes en la superficie del conductor y la carga neta dentro del conductor es cero, es decir, q = 0. Por lo tanto, la densidad de carga superficial también es cero dentro del conductor y de acuerdo con la ley de Gauss donde el flujo eléctrico es proporcional al 1 / € o de la carga total presente dentro del conductor. Entonces, tomando una superficie gaussiana, encontramos que dado q = 0, entonces E = q / A € o (fórmula de la ley de Gauss donde phi = EAcos (theta)) también es cero. Por lo tanto, se encuentra que el campo eléctrico neto dentro de un conductor es cero en electrostática.
(Sin embargo, no es una respuesta complicada: P)

Answer 16

Esto se puede entender porque hay un campo neto en el lado de un conductor, ya que todos los campos similares se repelen entre sí y estarán presentes en la superficie del conductor, no dentro. Esto sucede también en el flujo de corriente, y en AC ocurre un ‘efecto en la piel’.

http://en.wikipedia.org/wiki/Ski …

Answer 17

Cuando el campo eléctrico pasa a través de un conductor, las cargas negativas comienzan a moverse en la dirección opuesta a la del campo eléctrico aplicado, mientras que las cargas positivas son empujadas por el campo eléctrico. Por lo tanto, en un sitio encontrará solo cargos negativos y los cargos positivos en otro sitio. Ahora el campo eléctrico dentro del conductor comenzará a fluir debido a cargas inducidas de positivo a negativo contra el campo eléctrico aplicado. Por lo tanto, los campos se cancelan dentro del conductor. Dejando cero campo eléctrico dentro del conductor.

Answer 18

En cualquier situación, todas las partículas en un sistema intentan alcanzar la energía mínima posible, por lo tanto, en el conductor, los electrones se disponen en la superficie del conductor, mientras que en un aislante las partículas de carga no pueden moverse libremente debido a su alta resistencia eléctrica. En los aislantes, las partículas de carga requieren algo de energía para que puedan trabajar contra la resistencia, esta energía está disponible solo a temperaturas más altas y, por lo tanto, a esa temperatura se comportan como conductores.

Answer 19

En electrostática, la carga eléctrica reside solo en la superficie. Entonces, la carga gratuita dentro del conductor es cero. Y, por lo tanto, el campo eléctrico es cero porque no hay carga fuente.

Answer 20

Primero, es porque todas las cargas se extienden hacia la superficie.
Supongo que una de esas respuestas lo explica bien.
¿Hay un campo? ¡Si! Tiene que haber, si no hubiera campo, entonces, ¿qué es lo que tira / empuja los electrones? Entonces, debido a que existe una diferencia potencial entre los dos conductores, ¡hay un campo por todas partes!