Conductores y Aislantes

Ley de Gauss. Laboratorio. Metal. Cargas eléctricas

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LOS CONDUCTORES Y LOS AISLANTES:

Si en una barra metálica que se sostiene en la mano se le frota con la piel, no parece adquirir carga alguna. Sin embargo, si se le coloca una manija de vidrio y el metal no se toca con las manos mientras se le frota es posible cargarla. Eso se explica diciendo que los metales, el cuerpo humano y la tierra son conductores de la electricidad y que el vidrio los plásticos, etc., son aislantes también llamados dieléctricos.

En los conductores, las cargas eléctricas se, mueven con libertad a través del material, en tanto que en los aislantes no lo hacen. Aunque no existen aislantes perfectos, para muchos propósitos prácticos, algunos materiales se comportan como si fueran aislantes perfectos.

Un ingenioso experimento, llamado el efecto de Hall demuestra que en los materiales solamente las cargas negativas son las que tienen libertad de movimiento. Las cargas positivas se encuentran tan inmóviles como en el vidrio o en cualquier otro dieléctrico. De hecho, los portadores de carga en los metales son electrones libres. Cuando los átomos aislados se combinan para formar un sólido metálico, los electrones externos del átomo no permanecen unidos a los átomos individuales, sino que adquieren libertad para moverse a través del volumen completo del sólido. En algunos conductores, como los electrólitos, pueden moverse tanto las cargas positivas como las negativas.

La ley de Gauss puede utilizarse para hacer una predicción importante, a saber: un exceso de carga, colocada en un conductor aislado, yace completamente sobre su superficie externa.

La figura representa una sección transversal de un conductor aislado, de forma arbitraria, con un exceso de carga q. La línea segmentada muestra a la superficie gaussiana que se encuentra a poca distancia de la superficie real del conductor. Aunque la superficie gaussiana puede estar tan cerca de la superficie real como se desee, es importante recordar que se encuentra dentro del conductor.

Si un conductor aislado se coloca, al azar, un exceso de carga, se producirán campos eléctricos en su interior. Estos campos actúan sobre los transportadores de carga del conductor (los electrones) y harán que se muevan; es decir producirán corrientes internas. Estas corrientes

redistribuyen el exceso de carga de tal forma que se reduzca de manera automática la magnitud de los campos eléctricos internos. Al final, los campos eléctricos en el interior del conductor se hacen cero en todas partes, las corrientes cesan automáticamente y se establecen condiciones electrostáticas. Para casi todos los propósitos esta redistribución de la carga ocurre por lo general en un tiempo ignorable. ¿ Qué predicciones se pueden hacer respecto de la distribución de la carga añadida cuando se han alcanzado las condiciones electrostáticas?

Si, en condiciones de equilibrio electrostático, E es cero en todos los puntos internos del conductor, también debe ser cero en todos los puntos situados sobre la superficie gaussiana, debido a que esta superficie se encuentra en el interior del conductor. Esto significa que el flujo en esta superficie debe ser cero. Entonces la ley de Gauss predice que no debe existir una carga neta dentro de la superficie Gaussiana. Si el exceso de carga q no está dentro de la superficie, solamente puede estar fuera de ella; esto es, debe encontrarse sobre la superficie real del conductor.

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE CIENCIAS

DEPT. DE FISICA

FISICA 2

M.A. Ing. EDGAR ALVAREZ COTÍ

TEMA:

CONDUCTORES Y NO CONDUCTORES APLICADOS A LA LEY DE GAUSS