1r ciclo Duda con el campo electrico creado en la descarga de un condensador

[Lambda]

Hola, bien como esta tarde estaba aburrido me he planteado el siguiente problema, pero he llegado a un punto de bloqueo y no encuentro el error.

Bien, me plantee un esquema como el siguiente:



En el que podemos apreciar un condensador de placas paralelas (con un dieléctrico arbitrario, por ejemplo el vació para simplificar) conectado a una batería, con dos interruptores, uno para desconectar la batería y el otro para cerrar el circuito una vez está este desconectada.

En el instante en el que conectamos el interruptor (1), la fem de la batería genera un campo eléctrico E en el conductor, de tal forma:



Pasado el estado transitorio se puede decir que el condensador esta cargado y que sus placas generan un campo E' en el hilo conductor tal que E'=-E, ya que no hay movimiento de cargas. Pero entre las placas existe un campo E''=E que genera una fuerza de atracción entre las placas y las cargas, pero no hay movimiento de cargas debido a su separación.



Ahora desconectamos el interruptor (1) y conectamos el (2), de forma que el campo inicial generado por la batería desaparece, pero los campos generados por las cargas se conservan y aquí empiezan mis dudas, entiendo que la situación seria mas o menos así:



Pero en este caso la fuerza que actuá sobre cada placa debida a los campos es igual pero de sentido opuesto, entonces no entiendo como se descarga un condensador, es obvio que lo hace, pero no doy con el error de mi planteamiento, y seguro que es una estupidez.

Agradecería todo tipo de comentarios (incluidos los del tipo, tío eres mas inútil que un pez fuera del agua, es que no te das cuenta de que....... ) que me ayuden a dilucidad el error.

Saludos.

[Julián]

Re: Duda con el campo electrico creado en la descarga de un condensador

Primero estás planteando un sistema ideal que no tiene resistencia eléctrica por lo que los conductores serían ideales.

Con esa consideración la siguiente gráfica está mal.



¿por qué está mal? Pues porque si los conductores son ideales no puede haber campo eléctrico en el interior del conductor, tal como lo has dibujado sino que apuntan en forma radial hacia afuera. ¿pero si hay una batería que genera una diferencia de potencial y por lo tanto una circulación del campo eléctrico? Lo que sucede es que las cargas de conducción libre de los conductores se desplazan redistribuyendose de manera de anular el campo eléctrico en su interior, esto es un transistorio muy pequeño que se hace casi a la velocidad de la luz en el vacio. Es por esto que en las placas del capacitor que son también de un material conductor aparecen densidades de carga que tienen el mismo potencial que el borne de la batería y por lo tanto al haber el mismo potencial no hay diferencia de potencial (entre borne batería y placa capacitor) y tampoco campo eléctrico. Como las placas están enfretadas por un material dieléctrico que no posee cargas libres de conducción ahi si aparece un campo eléctrico, de manera tal que tenga la misma diferencia de potencial que la batería que es algo lógico ya que el potencial de los bornes se redistribuyó a los extremos del conductor que en este caso son las placas del capacitor. En resumen, los conductores ideales redistribuyeron el potencial de los polos de la batería.

Pero en este caso la fuerza que actuá sobre cada placa debida a los campos es igual pero de sentido opuesto, entonces no entiendo como se descarga un condensador, es obvio que lo hace, pero no doy con el error de mi planteamiento, y seguro que es una estupidez.

Cuando se desconecta la batería, esas densidades de carga opuesta que quedaron enfrentadas separadas por un dieléctrico y que tienen el mismo potencial que la batería y por lo que entre estas existe una diferencia de potencial, es decir, un campo eléctrico en el espacio del dieléctrico, ya que en el interior de los conductores ideales no puede haber. Cuando se cierra el circuito (como en tu última imagen) como no puede haber campo eléctrico en el interior de un conductor, las cargas se desplazan hasta anularse y de esa manera todo queda con el mismo potencial, es decir, sin diferencia de potencial.

Creo que te lo estás imaginando como que si las cargas salen de un lado y viajan a lo largo del conductor hasta llegar a donde están las cargas opuestas pero no es así, sino que en todo el conjunto del conductor se redistribuyen para anular la diferencia de potencial.

Como en la realidad solo existen conductores ideales a temperaturas cercanas a cero grado absoluto, denominados superconductores, todo elemento, hasta el cobre tiene resistencia y tu circuito sería el siguiente:


Solo existe campo eléctrico donde dibujé las flechas y en este caso al haber un material resistivo la diferencia de potencial entre la resistencia disminuye a medida que crece la del capacitor hasta que este alcanza la diferencia de potencial de la batería y todo los conductores quedan al mismo potencial.

Ahora fijate en la siguiente imagen cuando se desconeta la batería.


En morado están los potenciales en los bornes del capacitor (la diferencia de potencial entre estos es el campo eléctrico por la distancia de separación de las placas) Como está conectado mediante un conductor hasta la resistencia ese potencial (negativo marron) se aplica en el extremos de la resistencia (negativo color violeta). Lo mismo el potencial Positivo se aplica en el extremos de la resistencia (positivo violeta) al haber diferencia de potencial hay un campo eléctrico y produce una corriente que por enesima vez al no poder haber una diferencia de potencial van disminuyendo las densidades de carga en las placas hasta que gualá se descargó.

[Lambda]

Re: Duda con el campo electrico creado en la descarga de un condensador

Hola Julian, gracias por responder, me ha quedado mas o menos claro, aunque tengo que darle otro repaso en otro momento que este menos espeso.

Saludos.

[skynet]

Re: Duda con el campo electrico creado en la descarga de un condensador

Pero en este caso la fuerza que actuá sobre cada placa debida a los campos es igual pero de sentido opuesto....

a mi no me parece que sean de sentido opuesto....todas tienen origen en la placa positiva y extremo en la negativa, el sentido es el mismo.

[Julián]

Re: Duda con el campo electrico creado en la descarga de un condensador

Lambda tenía esa idea porque pensaba que existe un campo eléctrico en el interior del conductor, tal cual como lo expresa en los gráficos que adjuntó. Siendo que los campos eléctricos en los conductores se aplican en la superficie exterior en forma normal a esta y no en su interior y de esta manera son equipotenciales. Al "sacar" la batería, los conductores quedan con carga neta debido a la influencia de la otra placa con potencial diferente y por lo tanto al haber una diferencia de potencial hay un campo eléctrico a lo largo del dieléctrico que las separa. Cuando se conectan los conductores entre los extremos opuestos, nuevamente al deber ser equipotenciales los conductores, las cargas se redistribuyen para anular esa diferencia de potencial y el capacitor se descarga.