campo eléctrico y propiedades eléctricas de la materia - Novella

“libro_ffi” — 2008/8/5 — 9:06 — page 28 — #44
28 FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INGENIERÍA
de donde se despeja el valor del campo eléctrico:
E = σ
2ǫ0
(1.31)
Como se observa, la distancia x entre el punto y la superficie plana no aparece, por lo que
el valor del campo eléctrico es el mismo para cualquier distancia al plano plano cargado. Es
decir, el campo eléctrico es uniforme en todos los puntos y perpendicular a la superficie del
plano. Este resultado tiene una importante aplicación práctica para el caso del condensador
de placas paralelas, que se verá en el Capítulo 3.
1.8. Conductores en equilibrio electrostático
Un conductor es un material generalmente metálico, como, por ejemplo, el cobre, que
posee una cierta cantidad de electrones que pueden moverse libremente dentro del material,
ya que no están ligados a sus átomos. Esto hace que en presencia de un campo eléctrico en
el conductor esos electrones se muevan originando una corriente eléctrica (esta característica
eléctrica de los materiales es el objeto del capítulo siguiente). Sin embargo, cuando dentro
de un conductor no hay un movimiento neto de carga eléctrica, se dice que el conductor está
en equilibrio electrostático. Un conductor en equilibrio electrostático tiene las siguientes
propiedades:
El campo eléctrico en cualquier punto del interior del conductor es cero.
Cualquier exceso de carga en un conductor aislado está situada enteramente sobre su
superficie.
El campo eléctrico en cualquier punto exterior sobre la superficie del conductor es
perpendicular a la superficie y tiene un valor de σ/ǫ0, donde σ es la carga por unidad
de superficie en ese punto.
En un conductor de forma irregular, la carga tiende a acumularse en regiones donde el
radio de curvatura de la superficie es menor, como, por ejemplo, las puntas.
La primera propiedad se comprende fácilmente a la vista de la Figura 1.12. Considérese
una lámina de material conductor aislada que tiene un cierto espesor (aunque menor que el
resto de sus dimensiones) situada dentro de un campo eléctrico exterior E uniforme. Ante la
presencia del campo eléctrico exterior, los electrones libres del conductor se moverán hacia
la izquierda, dejando la cara derecha de la lámina con una carga neta positiva (por falta de
electrones) y la cara izquierda con una carga negativa (por exceso de electrones) del mismo
valor absoluto. Esta distribución de cargas hace que en el interior del conductor aparezca un
campo eléctrico interno de valor − E que anula el campo eléctrico exterior. Este movimiento de
cargas se realiza rápidamente, de forma que en un buen conductor el equilibrio electrostático
se recupera en un orden de microsegundos. Así, el campo eléctrico en el interior del conductor
es cero, mientras que las líneas de campo del campo eléctrico exterior terminan en la cara
izquierda de la lámina conductora y empiezan de nuevo en la cara derecha.