Duda con caída de tensión y campo eléctrico

[polonio]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

Con permiso de los ponentes me entrometo en la discusión porque creo que entiendo cual es el motivo de la discordia. Pido disculpas por adelantado si mis comentarios son inoportunos.

Retomo el ejemplo de la manguera y el agua. La bomba realiza una fuerza sobre el agua para moverla a través de la manguera. Esta fuerza es análoga a la realizada por el campo eléctrico. Al mismo tiempo, la manguera realiza una fuerza de rozamiento sobre las partículas del agua (resistencia eléctrica) y otra fuerza para mantener el agua dentro de sus paredes y cambiar su sentido en las curvas.

Sin esta fuerza el agua no se mantendría dentro de la manguera ni seguiría su trayectoria en caso de no ser perfectamente recta. Esta fuerza que mantiene el agua dentro de la manguera, en el caso eléctrico la corriente dentro del conductor, es la que creo que Chusg propone como producida por una distribución de cargas superficial.

Una batería en el vacío crea un campo electromagnético de forma perfectamente determinada. Cuando introducimos un conductor, sin embargo, la forma de dicho campo se ve alterada de modo que sigue todas las formas y figuras que éste pueda tomar, sin importar lo caprichosas que puedan ser.

Para que esto sea posible "algo" debe cambiar la forma del campo original. Este "algo" son las cargas libres que hay en el interior del conductor, que se distribuyen sobre su superficie hasta llegar al equilibrio eléctrico permitiendo que la corriente circule por su interior "sin salirse por las paredes".

Mis respetos.

Conciliadora de verdad. Y, sí, ése es, más o menos el espíritu pero la carga superficial no es, desde mi punto de vista, lo que mantiene la corriente. De hecho, los núcleos de los átomos del conductor (con sus capas electrónica interiores)... ¿qué pasa?, ¿no mantienen a los electrones móviles dentro del material?, ¿me decís que si no hubiese una carga superficial los electrones se "escaparían del material? No creo (no es así, vamos). Lo que ocurre es que en la manguera de agua no hay cargas negativas y positivas gravitatorias y la atracción gravitatoria entre moléculas de agua es ridícula, pero en un conductor no.

[polonio]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

hola, creo que lo mas sencillo seria primero resolver tu duda respecto a la disminucion del potencial: lo cierto es que la energia potencial de un campo cualquiera cte, aumenta o disminuye con la distancia, como por ej, la Ep = mgh, (gravitatoria, si g es 9,8 m/s2)
asi pues el potencial electrico aumenta o disminuye con el movimiento de las cargas.

ahora bien en un circuito cerrado la diferencia de potencial seria cero, pues las cargas llegan al mismo sitio: es como si movieses la masa anterior de una altura a otro sitio pero a la misma altura.

lo que ocurre entonces es que en el circuito hay dos campos uno conservativo que actua en todo el circuito, (como la gravedad), y otro no conservativo que actua dentro de la bateria, este ultimo campo no conserva la energia por lo tanto produce una diferencia de potencial distinta de cero aunque las cargas recorran un circuito cerrado, es como si en dos puntos a la misma altura tuvieses un mecanismo como un "diablillo", que empujase la masa, entonces entre esos dos puntos a la misma altura habria una diferencia de energia potencial.

nota aparte: perdon por los acentos¡

Efectivamente, eso es lo que preguntaba se en un principio (y que tanto Chusg como yo explicamos). Luego, se preguntó por cómo es el campo eléctrico en el conductor... y ahí es donde ya no nos pusimos de acuerdo del todo (que es lo bueno, porque así se aprende más, desde luego por mi parte).

[polonio]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

Con que se refieren que es la carga superficial. ¿A la densidad de corriente del conductor?, es decir la cantidad de carga que por unidad de superficie tiene una velocidad de arrastre



Yo creo que la fuerza que sienten las cargas en el interior del conductor (salvo en los extremos), es el campo eléctrico de las cargas que se encuentran a una distancia $dx$ de las primeras, y que se desplazan a una velocidad de arrastre ${v}_{d }$ ; cantidad de movimiento que le transfieren a las primeras cargas, estas a su vez impulsan a las cargas que se encuentran a una distancia $- dx$, y de esta manera se establece la corriente. El comienzo o el principio de donde se establece la corriente son los bornes de la fuente, cuya densidad de carga es mayor, por lo que tiene un mayor potencial y produce un campo eléctrico, que se configura según la forma del conductor.

De acuerdo. Aunque (ahora rompo una lanza a favor de Chusg) nunca me había planteado el efecto de las casgas superficiales en la corriente y, sí, es interesante... pero no juega un papel primordial. El primordial el es que tú describes y es al que yo de refiero.
.

[Chusg]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

Con que se refieren que es la carga superficial.

Se refieren a carga neta (es decir, una zona cargada eléctricamente) que no se distribuye en el interior del volumen del conductor sino que estaría en su superficie.

La imagen de que los electrones son empujados por los que vienen más atrás puede parecer lógica pero una vez que se ha alcanzado un régimen estacionario no se sostiene. Lo que mueve a una carga es un campo eléctrico, y en ausencia de campos magnéticos variables las fuentes del campo eléctrico son cargas, pero no es suficiente con que haya cargas a nivel microscópico, sino que en algún lugar del espacio tiene que haber más cargas de un signo que de otro (si es neutro, no crearía campo eléctrico a nivel macroscópico). Así pues, cabe preguntarse dónde están las zonas cargadas que actúan como fuentes del campo. No es ninguna pregunta absurda, pero generalmente no se ve desde esta óptica porque que a nivel práctico no ayuda demasiado a la hora de resolver problemas.

La distribución de carga que actúa como fuente del campo no puede estar solo en el generador, por lo que tú decías: podemos hacer que un circuito adopte la forma que queramos y por tanto que el campo eléctrico dentro de él tome la dirección que nosotros queramos, incluso podemos modificarla en unas parte del circuito y no en otras, y todo con el mismo generador en la misma posición y orientación. Así pues, estas cargas deben estar distribuidas a lo largo del circuito. Pero tampoco puede estar distribuida en el volumen del conductor, ya dijimos Al y yo que eso no estaría de acuerdo con Maxwell (ni con Gauss). Así que debe estar en su superficie.

Edit:

¿me decís que si no hubiese una carga superficial los electrones se "escaparían del material?

Si no hubiera carga superficial lo que significaría es que no puedes estar en una situación de corriente estacionaria, y que en ese momento no hay dentro del conductor un campo eléctrico de intensidad uniforme que sigue la dirección del cable. Entonces una de dos: o no hay corriente, o la situación no es estacionaria, con componentes de corriente en dirección radial (hacia la superficie del conductor) que acumulan carga en la superficie. La situación evolucionará rápidamente hasta establecerse la distribución superficial de carga que terminará produciendo el campo eléctrico propio del estado estacionario.

[mruize85]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

Conciliadora de verdad. Y, sí, ése es, más o menos el espíritu pero la carga superficial no es, desde mi punto de vista, lo que mantiene la corriente. De hecho, los núcleos de los átomos del conductor (con sus capas electrónica interiores)... ¿qué pasa?, ¿no mantienen a los electrones móviles dentro del material?, ¿me decís que si no hubiese una carga superficial los electrones se "escaparían del material? No creo (no es así, vamos). Lo que ocurre es que en la manguera de agua no hay cargas negativas y positivas gravitatorias y la atracción gravitatoria entre moléculas de agua es ridícula, pero en un conductor no.

Mi intervención ha sido un poco atrevida e incorrecta por lo que veo.

No tengo los conocimientos adecuados para opinar, pero imagino que la solución teórica la darán las ecuaciones de Maxwell. ¿Una solución numérica en régimen transitorio quizás? Supongo que será más adecuada que una idealización con el fin de obtener una solución analítica. Aunque la simulación no tendrá en cuenta los efectos microscópicos como los orbitales, capa conductora, capa de valencia y demás.

[polonio]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

Mi intervención ha sido un poco atrevida e incorrecta por lo que veo.

No tengo los conocimientos adecuados para opinar, pero imagino que la solución teórica la darán las ecuaciones de Maxwell. ¿Una solución numérica en régimen transitorio quizás? Supongo que será más adecuada que una idealización con el fin de obtener una solución analítica. Aunque la simulación no tendrá en cuenta los efectos microscópicos como los orbitales, capa conductora, capa de valencia y demás.

Ni atrevida ni incorrecta. A mí, además, me ha gustado

[polonio]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

Si no hubiera carga superficial lo que significaría es que no puedes estar en una situación de corriente estacionaria, y que en ese momento no hay dentro del conductor un campo eléctrico de intensidad uniforme que sigue la dirección del cable. Entonces una de dos: o no hay corriente, o la situación no es estacionaria, con componentes de corriente en dirección radial (hacia la superficie del conductor) que acumulan carga en la superficie. La situación evolucionará rápidamente hasta establecerse la distribución superficial de carga que terminará produciendo el campo eléctrico propio del estado estacionario.

Eso no tiene por qué ser así: por el principio se superposición, tanto si hay distribución superficial como si no, la componente radial se nos va (ni que sólo hubiera la carga de los electrones...). Es más, en régimen estacionario la densidad de carga es estacionaria en el cable y, además, nula. ¿Qué campo radial hay?

Luego, si tengo tiempo te hago un dibujito...

[Chusg]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

Es más, en régimen estacionario la densidad de carga es estacionaria en el cable y, además, nula. ¿Qué campo radial hay?

En régimen estacionario no hay ningún campo radial, el campo radial es antes de llegar al régimen estacionario (antes de que se establezca la distribución de carga superficial). De verdad, no se si es que lees muy rápido mis post o es que me explico rematadamente mal. Supongo que una combinación de los dos.

[Julián]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

Si que se hiso largo este hilo. La primer duda que tenia era de que si el campo eléctrico en un circuito era constante, vieron por la ecuación en donde este disminuye con el cuadrado de la distancia, pero antes creía que el campo eléctrico en todo el circuito o el que sentirían unas cargas en el conductor era producto de los bornes de la batería. Ahora me quedó claro que las cargas en movimiento en el conductor, también contribuyen al campo y que se llega a un estado estacionario donde el campo es cte.

Con respecto al potencial creía, que este al disminuir, disminuía el campo eléctrico, pero al ser este cte, se ve que disminuye con el movimiento de las cargas, hasta llegar al menor potencial que es donde las cargas no experimentan aceleración. (sin llegar al generador.

[polonio]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

En régimen estacionario no hay ningún campo radial, el campo radial es antes de llegar al régimen estacionario (antes de que se establezca la distribución de carga superficial). De verdad, no se si es que lees muy rápido mis post o es que me explico rematadamente mal. Supongo que una combinación de los dos.

Eso, combinado con que tampoco me has interpretado bien (leerás muy rápido) y tampoco me expreso con claridad porque tengo poco tiempo

Digo (o quise decir) que sin la distribución superficial que propones tampoco hay campo radial pues la densidad de carga es nula (además de estacionaria). ¿Qué necesidad hay de que aparezca una distribución superficial para eliminar una componente radial que no existe? Es más, según uno de los artículos (con el montaje experimental de las megarresistencias) sí aparece campo radial al existir cargas superficiales.

Cuando pueda ponerte el dibujito lo veremos mejor, pero ahora estoy liadísimo.

[Chusg]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

Con respecto al potencial creía, que este al disminuir, disminuía el campo eléctrico, pero al ser este cte, se ve que disminuye con el movimiento de las cargas, hasta llegar al menor potencial que es donde las cargas no experimentan aceleración. (sin llegar al generador.

Que el potencial sea más bajo no significa que el campo eléctrico sea más bajo. La intensidad del campo es proporcional al gradiente del potencial (es decir, cuánto varía el potencial al cambiar de posición). En una zona donde el potencial sea uniforme no hay campo (da igual que sea muy alto o muy bajo). Cuando más fuertemente varía el potencial con la posición, mayor es el campo.

Digo (o quise decir) que sin la distribución superficial que propones tampoco hay campo radial pues la densidad de carga es nula (además de estacionaria). ¿Qué necesidad hay de que aparezca una distribución superficial...?

Al margen del tema de las componentes radiales (que pensé que aclararía la cuestión pero veo que no), la necesidad de que aparezca una distribución de carga superficial para que dentro del conductor haya un campo eléctrico uniforme que sigue la dirección del cable está argumentada por ejemplo en mi mensaje del 7/9/2011 de las 8:29, y en los artículos que enlazaba (con mayor o menor claridad dependiendo del artículo). No creo que tenga sentido repetir los mismos argumentos, pero si es necesario lo podría hacer, estructurándolos en varios puntos para que me digas exactamente en qué punto no estás de acuerdo.

Es más, según uno de los artículos (con el montaje experimental de las megarresistencias) sí aparece campo radial al existir cargas superficiales.

Pero esas componentes radiales son en el exterior del conductor, no en el interior que es lo que estábamos hablando.

Si alguien quiere seguir discutiendo el tema de la necesidad de las cargas superficiales, ahora yo también dudo de si sería adecuado seguir en este hilo o abrir otro específico. Lo dejo a elección de los moderadores.

[polonio]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

Si alguien quiere seguir discutiendo el tema de la necesidad de las cargas superficiales, ahora yo también dudo de si sería adecuado seguir en este hilo o abrir otro específico. Lo dejo a elección de los moderadores.

Pues pensé en trasladar la discusión a otro hilo, pero no quise mover toda la discusión al haber respuestas cruzadas con la duda incicial. Ahora sí que es mejor que lo hagamos: esta noche abriré un hilo nuevo (pero no cierro éste, pues julian403 puede seguir preguntando acerca de su duda inicial) y empezaré resumiendo las dos posturas porque con tanto post ya no sé lo que dijimos cada uno.

Y, te vuelvo a repetir, en lo que no estoy de acuerdo es en que las cargas superficiales sean las que mantengan la corriente estacionaria: opino que es la diferencia de potencial entre los bornes del generador la que mantiene la corriente, pudiendo aparecer las distribuciones superficiales como efecto secundario y pero no es necesario (otra cosa es que tengamos más de un circuito en paralelo).

Lo dicho, seguimos en el hilo nuevo que abriré luego.

[Julián]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

Una ultima pregunta. En el diagrama siguiente, en las partes en donde la tensión es constante, es decir, entre las resistencias; ¿no tendría que haber caida de tension para que las cargas se muevan?

[polonio]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

La hay. Lo que pasa es que en la representación de circuitos se esquematiza todo el comportamiento del conductor mediante una resistencia y toda la línea entre resistencia y resistencia del circuito en el modelo real no es sino un punto.

[natanael]

Re: Duda con caída de tensión y campo eléctrico

Esta discusión está super divertida, y como hay que hacer caso a los moderadores, entonces mi opinion en base a lo que discuten está aquí.

Mientras más conozco a la gente más quiero a mi perro
Miestras más conozco internet más quiero Foro de Física