1r ciclo Distribución de cargas en conductor

[sater]

Buenas, en una pregunta de un examen sale esto:
"Un conductor de corriente neutro transporta una intensidad de corriente constante. Sin embargo, no obstante la
neutralidad, se mide un cierto valor de campo en el exterior del conductor. Explique brevemente (máximo cuatro
renglones) esta aparente contradicción. ¿Tiene su respuesta alguna relación con el campo eléctrico en el interior del
conductor? ¿Cómo es este campo?"

La verdad que se me ocurren un par de cosas pero sé que van en mal camino pues sería para situaciones electrostáticas. ¿Alguna idea?

[Breogan]

Re: Distribución de cargas en conductor

Hola:

Seguro no soy el mas indicado para contestar, pero si no hay otro empiezo el debate dejando en claro mi condición de neófito.

Desde el punto de vista "estrictamente clásico", no veo razón para la existencia de el campo señalado en el enunciado. Partiendo que el conductor sin excitación es neutro, igual densidad de cargas positivas y negativas, se ve que esto no se altera cuando existe una corriente circulando por el.
La densidad de cargas positivas (consideradas fijas en la estructura metálica) no cambia, y la densidad de carga negativa tampoco cambia ya que la carga individual es invariante con la velocidad y la densidad de portadores de carga tampoco cambia.
El campo eléctrico dentro del conductor es colineal con este, y constante (lo postula el enunciado), por lo cual no induce campo eléctrico en el espacio alrededor del conductor.

Ahora veo que me parece que agarre para otro lado, el enunciado dice exterior del conductor y yo interprete espacio alrededor del conductor. Me permito terminar la explicación anterior, y a continuación continuo con la que creo que corresponde.

La hago corta.
Si lo analizamos desde el punto de la TRE, la densidad de carga positivas (fija) sigue siendo invariante, pero la densidad de carga negativa si cambia. La carga es un invariante relativista, pero la densidad de portadores negativos (los que se mueven) aumenta debido a la contracción relativista de las longitudes, los electrones que viajan a una velocidad v son vistos mas juntos por un observador quieto, por lo cual entran mas electrones por unidad de longitud medida por el observador, aumentando la densidad de estos.
En base a esto se concluye que el conductor deja de ser neutro cuando por el circula una corriente, quedando con una carga neta negativa, que se manifiesta en un campo eléctrico, radial y perpendicular al conductor, en el espacio que lo rodea.

Si hablamos del campo en la superficie exterior del conductor, este se tiene que manifestar como una ddp no nula entre puntos de dicha superficie.
Dada la ddp entre extremos del conductor, suponiendo en cuenta la homogeneidad de este, y sabiendo que en condiciones dinámicas el conductor deja de ser equipotencial en el sentido de circulación de la corriente (no en el transversal); podemos decir que en cada punto del conductor existe un campo eléctrico igual en modulo a V/L, donde L es la longitud total del conductor, y las superficies transversales siguen siendo equipotenciales.

Otra forma de verlo (siempre me queda la duda si se me entiende o no !!), es tomar un disco transversal del conductor, de longitud infinitesimal , el cual tendrá una resistencia también infinitesimal, y el cual es atravezado por la corriente. Para que esto suceda debe existir un campo eléctrico entre ambas caras del disco, incluyendo los correspondientes puntos que también pertenecen a la superficie del conductor, que mueva las cargas venciendo la resistencia del material, y valdrá dV/dx=V/L.

Creo

s.e.u.o.

Suerte

[sater]

Re: Distribución de cargas en conductor

Gracias por tu explicación Breogan, pinta bien. Dejo dos diapositivas de los apuntes del profesor por si ayudan a algo más, el problema es que no fui a estas clases y no sé la explicación dada por él.

[Al2000]

Re: Distribución de cargas en conductor

Hace algún tiempo ya se dio una larga discusión sobre el tema de las cargas superficiales en los conductores (neutros) que conducen corrientes. Les dejo un enlace (Duda con caída de tensión y campo eléctrico) por si les interesa.

Saludos,

$\mathcal A \ell$

[arivasm]

Re: Distribución de cargas en conductor

Se me ocurre, por aquello de ayudar con este hilo, que un ejemplo que evidencia muy claramente que un objeto eléctricamente neutro puede producir un campo eléctrico no nulo es un dipolo. Es decir, si tenemos una distribución de cargas tales que la distribución de las cargas positivas no es exactamente igual que la de las cargas negativas entonces existirá un campo eléctrico "residual" que, lógicamente decaerá con cierta rapidez hacia un valor nulo a medida que nos alejamos de ella (como corresponde con "ver" cada vez más un objeto sin carga neta).

En el caso de un conductor que porta corriente y recurriendo a un modelo clásico para el enlace metálico, como una red de iones positivos sumergida en un mar electrónico, mientras que la distribución de la red iónica es aproximadamente uniforme la del mar electrónico circulante no necesariamente será así. De hecho, las corrientes superficiales son importantes, como se señala en algunos de los artículos que se mencionan en el hilo enlazado por Al.

[visitante20160513]

Re: Distribución de cargas en conductor

La cargas que generan el campo eléctrico en el seno de los conductores se encuentran siempre en su superficie. Es un tema complicado pero puede demostrarse matemáticamente usando las ecuaciones de Maxwell. También se sabe que cualquier carga libre que estuviera en un instante determinado en el seno del conductor se difunde muy rápidamente a la superficie de manera que incluso con corrientes de muy alta frecuencia la densidad de carga en el seno del conductor es nula. Si alguien tiene interés en ver algunos cálculos los puedo mostrar, ya que tengo un libro que trata el tema, pero es todo a base de ecuaciones diferenciales, así que la cosa no es sencilla.

Salu2, Jabato.

Salu2

[sater]

Re: Distribución de cargas en conductor

Gracias a todos, mañana le volveré a echar un vistazo a ver si me aclaro y pregunto cosas concretas. Por interesarme, a mi me interesaría, el problema es si lo entenderé...