Practica No. 2 DISTRIBUCIÓN DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS EN LOS CONDUCTORES

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Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica [pic 5]

U. Zacatenco

Ingeniería Comunicaciones y Electrónica

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Practica No. 2

DISTRIBUCIÓN DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS EN LOS CONDUCTORES

Grupo: 2CM6

Equipo 2  

Integrantes:

• Reta Villanueva Ian Luis
• Reyes Tomas David  
• Saloma Briones Arsubanipal
• Vega Albarrán Erick Iván  

Profesor: Alfonso Ramón Parada

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INTRODUCCION

A principios del siglo XVlll los científicos de la época lograron electrizar intensamente las sustancias no eléctricas, si estas se apoyan sobre una barra de vidrio o si se suspendían de hilos de seda. En 1750 en Inglaterra, Stephen Gray demostró que la virtud eléctrica podría conducirse de un cuerpo a otro a grandes distancias por medio de un cordón horizontal de una sustancia no eléctrica, con tal de que el propio cordón estuviese sostenido de hilos de seda. Además de que se demostró que una esfera metálica no aislada perdía su virtud eléctrica en un lapso muy corto y que una esfera metálica colocada sobre una base aislante mantenía su virtud eléctrica durante algunos días.

Después de los trabajos de Gray y de sus contemporáneos se estableció una división de las sustancias en conductoras eléctricas y aisladoras eléctricas. Actualmente se dice que un cuerpo es conductor cuando los átomos que lo forman ceden con relativa facilidad sus electrones “libres” y que un cuerpo es aislador cuando está constituido por átomos que ejercen una gran atracción sobre sus electrones superficiales y, por tanto, no los cede con facilidad. Esto significa que el comportamiento eléctrico de los cuerpos solidos depende de la estructura de sus bandas de energía y de cómo están ocupadas normalmente por los electrones. Los buenos conductores, como los metales ordinarios difieren en su conductividad eléctrica de los aisladores como el vidrio, el plástico, la madera, etc. De manera que la relación de sus conductividades es del orden 1020.

El desplazamiento de la electricidad en los conductores se explica por la presencia de cargas libres. Los electrones pueden desplazarse en el interior de la materia, pero no pueden abandonar el material. En los metales existen muchos electrones libres de manera que en  un campo eléctrico pueden poner en movimiento gran cantidad de ellos. Bajo condiciones “electrostáticas” los electrones se desplazaran solamente hasta que produzcan un campo nulo en todo punto interior del conductor, esto sucede generalmente en una pequeña fracción de segundo como en un material conductor, el campo eléctrico es ser en todo punto, y por la ley de Gauss la densidad de carga debe ser sobre o dentro de un conductor, esta se ubicara solamente en la superficie exterior del mismo originando un campo eléctrico inmediatamente fuera de la superficie del conductor, normal a dicha superficie.

La experiencia indica que la densidad superficial de carga en los conductores es proporcional a la curvatura, es por eso, que en las puntas la densidad es muy grande y los fabricantes de materiales conductores tratan de evitar que en sus productos existan secciones que terminen en punta, para evitar pérdidas de carga a través de ellas. Sin embargo. El efecto de puntas es tomado en cuenta

La experiencia también ha demostrado que en una cantidad que está completamente encerrada de la distribución de cargas en el exterior lo que explica que cuando se tenga que trabajar con equipo eléctrico este se ubique dentro de un recinto llamado jaula de Faraday

Los conductores eléctricos son aquellos materiales en los cuales algunos de los electrones son libres, no están unidos a átomos y pueden moverse con libertad a través del material. Los aislantes eléctricos son aquellos materiales en los cuales todos los electrones están unidos a átomos y no pueden moverse libremente a través del material.

Una tercera clase de materiales son los semiconductores, cuyas propiedades eléctricas se ubican entre las correspondientes a los aislantes y a los conductores. El silicio y el germanio son ejemplos muy conocidos de materiales semiconductores de uso común en la fabricación de una gran diversidad de chips electrónicos utilizados en computadoras, teléfonos celulares y estéreos. Las propiedades eléctricas de los semiconductores cambian, en varios órdenes de magnitud, a partir de la adición de cantidades controladas de ciertos átomos.

LEY DE GAUSS

La ley de Gauss parte de que la fuerza electrostática que existe entre cargas exhibe un comportamiento cuadrático inverso. A pesar de que se trata de una consecuencia de la ley de Coulomb, la ley de Gauss es más útil para calcular los campos eléctricos de distribuciones de carga muy simétricas y permite hacer razonamientos cualitativos al tratar con problemas complicados.

FLUJO ELÉCTRICO

Considere un campo eléctrico que es uniforme tanto en magnitud como en dirección, similar al que se muestra en la figura 24.1. Las líneas de campo penetran en una superficie rectangular de área A, cuyo plano tiene una orientación perpendicular al campo. Recuerde de la sección que el número de líneas por unidad de área (la densidad de líneas) es proporcional a la magnitud del campo eléctrico. Por lo tanto, el total de líneas que penetran en la superficie es proporcional al producto EA. A este producto de la magnitud[pic 7] del campo eléctrico E y al área superficial A, perpendicular al campo, se le conoce como flujo eléctrico ɸE

ɸE=EA

Con base en las unidades del SI correspondientes a E y A, ɸE se expresa en newtons por metros al cuadrado entre coulomb (N . m2/C). El flujo eléctrico es proporcional al número de las líneas de campo eléctrico que penetran en una superficie.
Si la superficie en cuestión no es perpendicular al campo, el flujo que pasa a través de él debe ser menor que el resultante

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Lo anterior es comprensible si toma en consideración la figura 24.2, donde la normal en relación con la superficie A forma un ángulo con el campo eléctrico uniforme. Observe que el número de líneas que atraviesan el área A es igual al número que atraviesa el área A⊥, la cual es una proyección del área A⊥ a un plano con orientación perpendicular al campo. Observe en la figura 24.2 que ambas áreas están relacionadas por la fórmula A⊥ A cos u. Dado que el flujo que atraviesa A es igual al flujo que atraviesa A⊥, entonces el flujo que pasa a través de A es

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