Precisiones sobre Cuerpos Conductores Teoría Electromagnética I FIEC - ESPOL

1. FUNDAMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO
ING. ALBERTO TAMA FRANCO - ESPOL
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PRECISIONES SOBRE CUERPOS CONDUCTORES
Un conductor posee abundante carga eléctrica con libertad de desplazamiento.
Considérese el conductor aislado que se muestra a continuación (a). Cuando se aplica un
campo eléctrico externo Eo , las cargas libres positivas, son impulsadas en igual dirección
que la del campo aplicado, mientras que las cargas libres negativas, se mueven en la
dirección contraria. Esta migración de cargas ocurre muy rápidamente. Las cargas libres
realizan dos acciones. Primero, se acumulan en las superficies del conductor y forman lo
que se conoce con el nombre de carga superficial inducida. Segundo, las cargas inducidas
establecen un campo inducido interno Ei . El resultado final se ilustra en la figura (b).
   
Eo Eo
 Ei    0 
   
Eo Eo
 Ei   
E 0
   
Eo Eo
   
 a  Un conductor aislado bajo la influencia  b  Un conductor tiene un campo eléctrico
de un campo eléctrico aplicado. de cero en condiciones estáticas .
De todo lo expuesto anteriormente, se desprenden las siguientes propiedades:
El campo electrostático es nulo dentro del conductor. Como dentro del conductor
hay partículas cargadas libres, si hubiera campo, estas partículas se moverían y la situación
no sería electrostática.
No existe densidad de carga volumétrica en el interior de un conductor. Como el
campo dentro del conductor es cero, entonces:
 s
E 0    E M   0   s  0
o

2. FUNDAMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO
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Estas dos propiedades llevan a que la presencia de un campo en la región donde se halla
un cuerpo conductor haga que rápidamente las partículas cargadas de su interior se
redistribuyan en su superficie para anular el campo en su interior. Si el cuerpo está
cargado, la carga neta se distribuye sobre la superficie.
Las líneas de campo electrostático exteriores son normales a las superficies conductoras.
En general, el campo exterior sobre la superficie del conductor se puede descomponer en
una componente normal y otra tangencial a la superficie. La componente tangencial
produciría fuerzas y movimiento en las partículas cargadas en la superficie del conductor.
Como esto no es posible en una situación electrostática, la componente tangencial debe ser
nula. No hay restricción sobre la componente normal debido a que las partículas cargadas
no pueden atravesar la superficie (para campos no demasiado intensos) por la existencia
de una barrera de potencial entre el sólido y su ambiente.
Como las líneas de campo son perpendiculares a la superficie del conductor en todo
punto, la superficie de un cuerpo conductor es una superficie equipotencial.
Como además en todo el interior del conductor no hay campo, no hay diferencia de
potencial entre dos pares de puntos cualesquiera del conductor. Entonces, todo el
cuerpo conductor es un volumen equipotencial.
La redistribución de las partículas cargadas en un conductor, frente a un campo aplicado,
es un caso de inducción electrostática. La carga inducida está ligada con la capacidad que
tiene el conductor, tópico que será tratado en el capítulo 3.
El campo sobre la superficie de cuerpos conductores depende del radio de curvatura local.
Evidencia experimental y soportada en cálculos, determina que en un cuerpo conductor de
forma variada, el campo será más intenso en las regiones de mayor curvatura (menor
radio). Por lo tanto, regiones con puntas y esquinas, deben evitarse en las instalaciones de
alta tensión.
En presencia de campos electrostáticos, la diferencia de potencial entre dos puntos
cualesquiera A y B , es la misma, sin importar: la forma, tamaño u orientación de la
trayectoria seleccionada.
E E
B
A