Electromagnetismo
Enviado por diego89armando • 24 de Febrero de 2014 • 1.785 Palabras (8 Páginas) • 166 Visitas
En la figura 22.26 se presenta una versión moderna del experimento de Faraday.
Los detalles de la parte del dibujo que dice “Suministro de energía” no son importantes;
su función es poner y quitar carga en la esfera exterior, según se desee. El dibujo
en el interior con un medidor es un electrómetro sensible, un instrumento que detecta
el movimiento de cantidades extremadamente pequeñas de cargas entre las esferas
exterior e interior. Si la ley de Gauss es correcta, nunca puede haber ninguna carga en
la superficie interior de la esfera externa. Si así ocurriera, no debería haber flujo de
carga entre las esferas cuando la esfera externa se cargara y descargara. El hecho real
es que no se observa ningún flujo, lo que constituye una confirmación muy sensible
de las leyes de Gauss y de Coulomb. La precisión del experimento está limitada sobre
todo por el electrómetro, que puede ser asombrosamente sensible. Los experimentos
han demostrado que el exponente 2 en el término 1>r2 de la ley de Coulomb no difiere
de 2, precisamente, en más de 10216. Así que no hay razón para sospechar que no
es otro que 2, con exactitud.
El mismo principio que subyace en el experimento de la hielera de Faraday es el
que se utiliza en el generador electrostático de Van de Graaff (figura 22.27). La esfera
conductora con carga de la figura 22.26 se remplaza por una banda con carga que
lleva carga de manera continua al interior de un casco conductor, sólo para que sea
transportada a la superficie externa del casco. Como resultado, la carga en el casco y
el campo eléctrico que lo rodea se hacen muy grandes con mucha rapidez. El generador
Van de Graaff se utiliza como acelerador de partículas con carga y para demostraciones
de física.
Este principio también forma la base del blindaje electrostático. Imagine que
se tiene un instrumento electrónico muy sensible que deseamos proteger de los
campos eléctricos dispersos que pudieran originar lecturas erróneas. Se rodea al instrumento
con una caja conductora, o se recubren las paredes, piso y techo de la habitación
con un material conductor como lámina de cobre. El campo eléctrico exterior redistribuye
los electrones libres en el conductor, lo que deja en ciertas regiones de la superficie
Coraza conductora
Motor
para la banda
Sumidero
de
electrones
Apoyo
aislante
Banda
aislante
–
–
–
–
–
–
–
– – – –
–
– – –
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+ +
+ +
+
+
+
+
+
+
+
22.27 Corte transversal de las partes esenciales de un generador electrostático Van de
Graaff. El sumidero de electrones en la parte inferior los retira de la banda, lo que da
a ésta una carga positiva; en la parte superior, la banda atrae electrones de la coraza
conductora y le imparte una carga positiva.
E
Suministro
de
energía
– 0 +
22.26 La coraza esférica se carga y
descarga en forma alternada con la
fuente de energía. Si hubiera algún flujo
de carga entre las esferas interna y externa,
sería detectado por el electrómetro dentro
de la coraza interior.
?
770 CAPÍTULO 22 Ley de Gauss
exterior una carga neta positiva, y negativa en otras (figura 22.28). Esta distribución
de la carga ocasiona un campo eléctrico adicional de manera que el campo total en
cada punto dentro de la caja sea igual a cero, como afirma la ley de Gauss. La distribución
de la carga en la caja también altera las formas de las líneas del campo cerca
de la caja, como se observa en la figura. Con frecuencia este arreglo se conoce como
la jaula de Faraday. La misma física dice que uno de los lugares más seguros en que
se puede estar durante una tormenta eléctrica es en el interior de un automóvil; si un
relámpago azotara el vehículo, la carga tendería a permanecer en la carrocería de metal,
y en el compartimiento de pasajeros habría poco o ningún campo eléctrico.
Campo en la superficie de un conductor
Por último, observe que hay una relación directa entre el campo en un punto justo
afuera de cualquier conductor y la densidad superficial de carga s en ese punto. En
general, s varía de un punto a otro de la superficie. En el capítulo 23 se mostrará que
en un punto así, la dirección de siempre es perpendicular a la superficie (véase la
figura 22.28a).
Para encontrar una relación entre s en cualquier punto de la superficie y la componente
perpendicular del campo eléctrico en ese punto se construye una superficie
gaussiana en forma de pequeño cilindro (figura 22.29). La cara de uno de los extremos,
con área A, queda dentro del conductor y la otra queda justo afuera. El campo
eléctrico es igual a cero en todos los puntos dentro del conductor. Fuera de éste, la
componente de perpendicular a las paredes laterales del cilindro es igual a cero, y
sobre la cara de los extremos la componente perpendicular es igual a (Si s es positiva,
el campo eléctrico apunta hacia fuera del conductor y es positiva; si s es
negativa, el campo eléctrico apunta hacia el interior y es negativa.) Así, el flujo total
a través de la superficie es La carga encerrada dentro de la superficie gaussiana
es sA, por lo que a partir de la ley de Gauss,
(22.10)
Esto se puede comprobar con los resultados obtenidos para superficies esféricas, cilíndricas
y planas.
En el ejemplo 22.8 se demostró que la magnitud del campo entre dos placas conductoras
infinitas con cargas opuestas también es igual a s>P0. En este caso, la magnitud
del campo es la misma en todas las distancias a partir de las placas, pero en todos
los demás casos disminuye conforme aumenta la distancia a la superficie.
(campo en la superficie
E de un conductor) ' A 5
sA
P0
y E' 5
s
P0
E' A.
E'
E'
E' .
E S
E S
E S
++++++++
Superficie
exterior de
un conductor
con carga
Superficie
...