1r ciclo Campo electrico y conductor

[Clarck Luis]

Hola con todos, últimamente he tenido una duda que no he sabido resolver con los libros que manejo. Si tenemos un circuito básico completo, como lo es uno con su fuente y resistencia. Según se sabe existe un diferencia de potencial en los puntos opuestos de la fuente, se supone que se establece un campo eléctrico en el conductor este moviliza las cargas produciendo una corriente. Esto es fácil de entender con los gráficos en los libros, lo que no entiendo bien es ¿porque ocurre lo mismo cuando el conductor se dobla? porque las lineas de campo siguen la curvatura del conductor? otra cosa que me llama la atención es porque hay puntos en el conductor con el mismo potencial, se supone que el potencial debe variar con la distancia. Entonces se supone que a medida que nos alejamos del lado positivo de la fuente debe existir menos potencial, al menos eso es lo que se entiende. Cual es la explicación para estos sucesos? Gracias de antemano.

[Breogan]

Re: Campo electrico y conductor

Hola:

Creo que el tema parte de entender los conductores como un conductor ideal, como modelo. Este conductor ideal consiste en una linea equipotencial, es decir que en su interior no existe campo eléctrico y por ende todos los puntos de el tienen el mismo potencial, pero se acepta que por ellos circula corriente sin ddp entre sus extremos. Para muchos usos este modelo es perfectamente valido, y cuando deja de ser valido este modelo, los cables se modelan en base a otras hipotesis.

s.e.u.o.

Suerte

[Clarck Luis]

Re: Campo electrico y conductor

Gracias por la respuesta Breogan, pero no me queda del todo claro como es que sucede eso. En todo caso ¿cuales serian esas suposiciones que se hacen para dicho conductor y con que ecuaciones se demuestra lo que planteo a inicio de post? Lo primero que me vuelve loco, es como en el conductor se puede formar una linea equipotencial y al mismo tiempo pasar un campo eléctrico en el mismo sentido, no se supone que las lineas equipotenciales son perpendiculares a dicho campo. Si lo ultimo que planteo se cumpliera entonces el campo eléctrico debería ser perpendicular a la superficie del conductor que es una linea equipotencial, por lo que no existiría corriente. Y esa es toda la confusión que da vueltas en mi cabeza. Espero puedan iluminarme que ya no se que inventarme para explicarlo xD.

[visitante20160513]

Re: Campo electrico y conductor

Creo que el error está en suponer que en el interior de los conductores por los que circula una corriente el campo es nulo, eso es absolutamente falso, resulta evidente que si las cargas eléctricas se desplazan es precisamente porque existe un campo eléctrico que las empuja. Dicho campo adopta un valor teórico que puede deducirse a partir de las ecuaciones de Maxwell, que depende de la densidad de corriente y que satisface la ecuación:

$\mathbf J=\sigma \mathbf E$

ecuación que puede deducirse experimentalmente o bien mediante la ley de Ohm, cuyo origen es también empírico. A partir de aquí pueden establecerse diversos modelos para todos los tipos de conductores, incluso para aquellos que van a trabajar con corrientes y tensiones variables a muy altas tensiones y frecuencias. Los modelos para cada caso no son fáciles de deducir pero considera que dicha ley es válida para cualquier tipo de polarización eléctrica en el seno de los conductores eléctricos.

Salu2, Jabato.

[Al2000]

Re: Campo electrico y conductor

Gracias por la respuesta Breogan, pero no me queda del todo claro como es que sucede eso. En todo caso ¿cuales serian esas suposiciones que se hacen para dicho conductor y con que ecuaciones se demuestra lo que planteo a inicio de post? Lo primero que me vuelve loco, es como en el conductor se puede formar una linea equipotencial y al mismo tiempo pasar un campo eléctrico en el mismo sentido, no se supone que las lineas equipotenciales son perpendiculares a dicho campo. Si lo ultimo que planteo se cumpliera entonces el campo eléctrico debería ser perpendicular a la superficie del conductor que es una linea equipotencial, por lo que no existiría corriente. Y esa es toda la confusión que da vueltas en mi cabeza. Espero puedan iluminarme que ya no se que inventarme para explicarlo xD.

Tal vez quieras darte un tiempito para leer el hilo Duda con caída de tensión y campo eléctrico. Es de hace un lustro, por lo cual combina con tu velocidad para responder es broma...

[Clarck Luis]

Re: Campo electrico y conductor

jjajajja bueno si demore "algo" en responder a mi propio post,la verdad había olvidado completamente que existía xD. Pero bueno, Al2000 he leído todo el hilo que mencionaste incluso su continuación que colocan en "divulgación", no veo porque en esa sección si ami parecer este fenómeno es cotidiano y alguna explicación lógica y científica debe tener. Debo admitir que las intervenciones de Natanael me han parecido de lo mas "entretenidas" con o sin sustento me han causado mucha gracia xD.
En buena cuenta, al final concluyo que ninguna de las partes ha dado una explicación convincente, al menos para mi. Lo que me extraña tanto es que algo que se utilice tan a menudo como lo son los circuitos cerrados, nadie tenga claro como es que ocurre o hay muy poca bibliografia disponible que explique de forma clara como es que ocurre la existencia de ese campo que sigue la forma del conductor.
Es como si lo hayan probado una vez de forma experimental y vieron que efectivamente sucedía así y al final nadie dice porque, solo dicen que es así, porque funciona xD.
Planteo las propuestas que he leído citando las frases mejor explicadas de cada punto de vista:

-Polonio Dice: "Es la diferencia de potencial entre los bornes (por muy largo que sea el circuito) la que crea una densidad de corriente en el conductor y un campo paralelo a ésta (por la ley de Ohm) y el campo se mantiene confinado en el conductor porque los electrones libres del conductor están confinados en el propio medio (la conductividad exterior es nula) no porque cargas superficiales lo empujen hacia dentro".

-Chusg Dice: "En definitiva, yo también me reafirmo en mi postura de que me parece muy plausible la explicación de la carga superficial como fuente del campo eléctrico dentro del circuito (lo cual no está reñido con que haya una diferencia de potencial, por supuesto, ni son tampoco dos fenómenos diferentes, sino que es mediante esa distribución de carga como se establece el gradiente de potencial a lo largo del cable)".

-mruize85 Dice: "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".

En buena cuenta ¿cual es la razón real o teórica de que los circuitos se modelen de esa manera? ¿o es que vivimos en la incertidumbre de por que sucede así? xD Si alguien la sabe por favor comentela.

[Julián]

Re: Campo electrico y conductor

Ahora estoy en el nivel de responder. Todos los electrones en un material están confinados en los potenciales atómicos, es decir, el conjunto de átomos que conforman la red están ligados por fuerzas eléctricas. Dependiendo el material los electrones se ubican en bandas de energía potencial con respecto a más de 1 átomo, como lo son los enlaces covalentes. En los metales los electrones arriba de una energía de k 0 ºK (donde k es la constante de boltzman) adquieren una energía potencial que es con respecto a todos los átomos de la red y no solamente a uno o algunos adyacentes y la primer banda energética por sobre el nivel de fermi ${E}_{f}$es lo que se denomina banda de conducción (donde comienza la banda de conducción), La posición de los electrones en las bandas energéticas sigue la siguiente distribución:

$f = \frac{1}{1+{e}^{\frac{E - {E}_{f}}{KT}}}$

Se considera que un electrón escapa del cristal, es decir, del conductor si su energía potencial (nivel energético) es cero (recuerda que la energía potencia entre cargas positivas y negativas siempre es menor a cero), me refiero a cero cuando el electrón "deja de estar influenciado electricamente por los átomos de la red y esto solo puede ocurrir cuando un conductor con elevada temperatura, es decir energía (KT) se le aplica una diferencia de potencial entre el conductor y el entorno. Tal cual como pasa en una valvula de vacio donde el cátodo es calentado para que los electrones de conducción adquieran elevada energía y se le aplica una diferencia de potencial entre el cátodo y ánodo mayor a la diferencia de potencial entre los electrones en dichas bandas y los átomos de la red.


Ahora en un circuito no sucede eso, ya que la diferencia de potencial se aplica entre los extremos de los conductores, en donde el extremo con mayor potencial (que sería el de menor según la convención de que la corriente es positiva) los electrones están en un nivel energético elevado habiendo niveles energético menores desocupados en la dirección contraria al gradiente y por lo tanto se desplazan a ese extremos según la función de distribución, es decir, según el aumento de entropía.

El gradiente de la energía potencial es la fuerza y el eléctrico es definido como fuerza sobre unidad de carga. En un circuto eléctrico con elementos resistivos y conductores, luego del transistorio todos los electrones del conductor tienden a tener la misma energía en la banda de conducción y es por este motivo que no hay caida de potencial.