Probablemente me estoy perdiendo algo, o no entiendo los conductores lo suficientemente bien. Pero tengo una pregunta relacionada con el título de este mensaje.
En muchos lugares lees que no puede haber campo eléctrico dentro de un conductor. Los argumentos suelen estar en línea con, dado que hay un campo eléctrico, las cargas dentro del conductor se reorganizarán, por lo que cancelarán el campo. Dicho de manera muy simple.
Lo que no entiendo, es que esto parece suponer que siempre hay carga "suficiente" para redistribuir. Para aclarar mi confusión, digamos que tenemos una esfera sólida conductora con algo de carga. Si aplicamos un campo estático externo "grande" a esta esfera, las cargas en su interior tenderán a cancelarlo. Pero, ¿y si la carga total de su interior no es suficiente? La carga total en la esfera solo puede generar un campo limitado, pero el externo puede ser arbitrariamente grande. ¿Qué sucede si el campo externo es tan grande que el potencial que genera, de un lado a otro de la esfera, es mayor que el que puede generar la carga interna?
Como dije, probablemente me estoy perdiendo algo esencial, pero ¿alguien puede señalar el error en el argumento anterior?
En una situación estática, no hay campo eléctrico dentro de un conductor. Si tiene una fuente de energía y aplica corriente a (por ejemplo) un filamento de bombilla conductor, la ley de Ohm da una solución distinta de cero para el campo eléctrico dentro de ese filamento.
Entonces, 'sin campo eléctrico' es correcto para la electrostática, y no para una variedad de tecnología interesante donde la corriente fluye en los conductores. Aún así, podría haber kilómetros de cable entre la planta de energía y yo, y hay poca caída de voltaje en unos pocos milímetros de cobre de la línea de transmisión. El campo realmente ES pequeño, por lo que es una buena aproximación incluso para conductores que transportan corriente.
esto parece suponer que siempre hay carga "suficiente" para redistribuir.
Se necesitó MUCHO trabajo para producir transistores de efecto de campo, que en realidad SÍ tienen un límite práctico para la cantidad de carga que se puede redistribuir, de modo que un canal podría agotarse de lo que de otro modo sería de carga gratuita. Entonces, sí, también hay dispositivos útiles con agotamiento de una micropulgada más o menos de material dispuesto por un campo externo. No es algo que pueda hacer con muestras grandes, sobre una mesa. Los requisitos de pureza de los semiconductores fueron algo desafiantes.
Si el campo se vuelve más fuerte, los electrones cerca de la superficie del conductor sentirán un campo residual más fuerte, hasta que algunos salgan volando en una chispa que golpeará la fuente de voltaje y reducirá el voltaje que produce.
Miremos los números.
Los átomos son típicamente un angstrom ( m) de ancho. Un conductor metálico normalmente tendrá un electrón de conducción por átomo.
Un Culombio es una gran cantidad de carga: una corriente macroscópica de 1A por un segundo. Es también electrones
Al combinarlos, un Culombio corresponde a la carga en solo la primera capa de átomos en un parche de 60 cm2 de superficie conductora. El primer nanómetro es un factor 10 más; la primera micra en diez mil veces más.
A menos que estés haciendo un experimento dirigido a condiciones verdaderamente extremas, no te quedas sin cargas en los conductores metálicos.
Mattias Svenson