Conductores
Vamos a hablar de conductores, pero para ello lo primero que necesitamos saber es qué es un conductor.
Pues un conductor es, básicamente un material en el que hay cargas libres, cargas libres a las que solemos llamar electrones.
También podemos llamarles huecos, que tendrían carga positiva y serían los huecos que deja un electrón a alejarse de su átomo.
Pero bueno, a efectos prácticos va a ser lo mismo.
Entonces ¿qué ocurre en estos conductores?
Al tener aquí unas cargas libres cada una de las cargas va a sentir la fuerza que genera sobre ella las otras dos cargas.
Entonces vamos a tener que sobre este electrón, este electrón genera una carga hacia allí y este, una carga hacia aquí.
Entonces la fuerza resultante irá en esta dirección.
Sobre este electrón tenemos, la fuerza de este otro y la fuerza de este otro.
La resultante irá en esta dirección y sobre este, lo mismo.
¿Qué hacen estas fuerzas?
Como los electrones están libres, los electrones son capaces de moverse entonces lo que van a hacer es situarse sobre la superficie del conductor.
¿Cuál es la conclusión de esto?
Que la carga en un conductor va a estar en sus superficies.
Vamos a ver qué consecuencia tiene principalmente esto.
Tenemos aquí de nuevo nuestro conductor y vamos a aplicar la ley de Gauss.
¿Dónde vamos a aplicar la ley de Gauss?
A una superficie que se encuentra aquí dentro
del conductor.
La ley de Gauss recordamos que nos dice que el flujo eléctrico, que es la integral doble sobre la superficie gaussiana que hemos seleccionado de E diferencial de S, esta será igual a la carga interior, la carga que está contenida en esa superficie gaussiana partido de Epsilon_0.
Si en un conductor la carga se encuentra sobre la superficie lo que significa es que la carga interior de esta superficie gaussiana va a ser cero.
Por lo tanto, podemos decir que el campo eléctrico en la parte sólida del conductor va a ser cero.
¿ Qué otra consecuencia tiene esto?
Si el campo eléctrico es cero, cualquier integral realizada de este campo será cero, como la integral entre dos puntos del conductor A y B cualesquiera de E diferencial de l.
¿Esto a qué os suena?
Pues esto es justamente el potencial.
Entonces tendremos que dentro de un conductor el potencial será constante.
Es decir, todos los puntos del conductor van a estar al mismo potencial.
Y esto lo llamamos equipotencial.
Con esto, ya podemos establecer ciertas condiciones de un conductor.
Vamos a ver ahora cómo hacemos la conexión de conductores.
Imaginad que tenemos aquí dos conductores, cada uno con su potencial V1 y V2, que ya hemos dicho que son constantes.
Una forma de conectar los conductores es a través de un hilo conductor.
Entonces, cuando conectemos los dos conductores, los potenciales van a cambiar a V1’ y a V2’ y ¿Qué se va a cumplir?
Se va a cumplir que los potenciales, después de conectarse van a ser iguales.
¿Por qué?
Porque si dentro de un conductor todos los potenciales son iguales, aquí, en el fondo lo que tenemos es un único conductor, ya que toda la región es conductora.
Entonces los potenciales se van a igualar y además sabemos que la carga se va a conservar.
Es decir, q1 más q2, que son las cargas antes de la conexión será igual a q1’ más q2’, que son las cargas tras la conexión.
Otra forma de conectar dos potenciales, en vez de hacerlo por un hilo conductor lo podemos hacer a través de una pila con una fuerza electromotriz inducida.
Tenemos aquí los dos polos de la pila, el más y al menos, y la pila va a tener un potencial V0 y aquí tenemos los potenciales después de la conexión.
¿Qué va a ocurrir aquí?
Pues aquí la diferencia de potenciales va a ser justamente el potencial de la pila, siendo V1’ mayor que V2’, por estar conectado al polo positivo y además al igual que antes, la carga se va a conectar, ya que la pila realmente no crea carga lo único que hace es moverla.
Entonces q1 más q2 será q1’ más q2’.
Finalmente, y en el caso de que tengamos un único conductor con su potencial, que llamamos V1 podemos conectar este conductor a tierra, hacemos una conexión a tierra.
Entonces el potencial del conductor va a cambiar, la vamos a llamar de nuevo V1’.
¿Qué condiciones vamos a tener en la conexión a tierra?
V1’ se va a hacer cero y la carga del conductor va a verse modificada.
Para hallar esta modificación en la carga lo que tendremos que hacer es poner la condición de que el potencial es 0 y entonces ya podremos hallar la q1’ y con esto ya sabemos todo lo que necesitamos para poder responder preguntas y hacer ejercicios sobre conductores.
