Conductores en equilibrio electrostático – puntas, jaula de Faraday, esferas conectadas y dieléctricos
FísicaCampos eléctricos y magnéticosEdades 16–17
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Coloca un conductor (redondo, en forma de pera con una punta, una barra o una caja hueca) en un campo eléctrico uniforme y deja que sus electrones libres se muevan: se acumulan en un lado hasta que el campo interior es cero, las líneas de campo llegan perpendiculares a la superficie y la densidad superficial de carga σ es mayor en la punta; la caja hueca apantalla su cavidad. La pantalla Esferas conectadas une con un cable dos esferas cargadas de radios distintos, y la carga fluye hasta que sus potenciales se igualan, q₁/r₁ = q₂/r₂. La pantalla Dieléctrico muestra cómo una placa se polariza y sus cargas ligadas reducen el campo interior en un factor εᵣ.
Lección: Conductores en equilibrio electrostático: campo nulo en el interior, carga en la superficie exterior, efecto de las puntas y jaula de Faraday; reparto de carga entre conductores; dieléctricos en un campo eléctrico
Qué muestra
En equilibrio electrostático los electrones libres de un conductor ya no se mueven, así que el campo eléctrico dentro del metal es cero. Toda carga sobrante o inducida está en la superficie exterior, todo el conductor tiene un mismo potencial y el campo justo fuera es perpendicular a la superficie, con E = σ/ε₀. La carga se concentra donde la superficie está más curvada; por eso los pararrayos terminan en punta. Un conductor hueco cerrado apantalla su cavidad. Dos conductores unidos por un cable se reparten la carga hasta igualar sus potenciales. En un dieléctrico, las cargas ligadas reducen el campo a E₀/εᵣ.
Cómo usarla
En Conductor en un campo, elige la Forma del conductor, ajusta Campo externo E₀ y Carga por metro de longitud λ y pulsa Dejar moverse las cargas: el campo interior baja a cero. Arrastra la sonda y pulsa Registrar. En Esferas conectadas, ajusta los radios y las cargas iniciales y pulsa Conectar. En Placa dieléctrica, cambia la Permitividad relativa εᵣ o elige Metal.
Parámetros que puedes cambiar
- Pantalla Conductor en un campo, Esferas conectadas, Placa dieléctrica
- Forma del conductor Redondo, Pera (punta), Barra, Caja hueca
- Campo externo E₀ 0–5000 V/m
- Carga del conductor por metro de longitud λ -30–30 nC/m
- Líneas de campo
- Equipotenciales
- Radio de la esfera 1 r₁ 1–10 cm
- Radio de la esfera 2 r₂ 1–10 cm
- Carga inicial q₁ -20–20 nC
- Carga inicial q₂ -20–20 nC
- Placa entre las armaduras Dieléctrico, Metal
- Permitividad relativa εᵣ 1–10
Preguntas para explorar
- ¿Por qué el campo eléctrico dentro de un metal es cero cuando sus cargas dejan de moverse?
- ¿Por qué se acumula tanta carga en la punta de un pararrayos?
- Tras conectar dos esferas, ¿cuál tiene mayor densidad superficial de carga y por qué?
