¿Las partículas cargadas en movimiento tienen campos magnéticos y eléctricos?

¿Todavía hay campo eléctrico a su alrededor?

Sí. El electrón se está moviendo (en nuestro marco de referencia), por lo que ahora hay un campo magnético (en nuestro marco de referencia), pero no le sucede nada al campo eléctrico.

i. Si tiene un campo eléctrico a su alrededor, ¿por qué cuando los electrones se mueven en un conductor (es decir, la corriente si fluye en un conductor) no hay campo eléctrico fuera del conductor?

Los electrones en el conductor producen un campo eléctrico fuera del conductor; sin embargo, de manera realista, habrá tantos protones en el conductor como electrones y, por lo tanto, el campo eléctrico neto fuera del conductor es cero.

ii. Ahora, cuando una corriente fluye en un conductor (no estoy seguro de qué sucede si el movimiento no está dentro del conductor) produce un campo magnético a su alrededor. Estoy perdido. ¿Qué pasó con el campo eléctrico? ¿Todavía está allí? ¿Hay campo eléctrico y campo magnético? ¿Por qué no lo discutimos?

El campo eléctrico todavía está allí (en cierto sentido), pero es cero , porque los electrones y protones en el conductor se anulan entre sí, por lo que no nos importa. (En realidad, creo que si tiene en cuenta los efectos relatavísticos, lo que probablemente sea una tontería no hacerlo en el contexto de la electrodinámica, habrá un campo eléctrico distinto de cero). Dicho esto, si por alguna razón hubiera una corriente de electrones en movimiento sin protones , entonces observaríamos un campo magnético y eléctrico (distinto de cero).

1. Hipotéticamente, si el electrón se mueve con una velocidad mayor que la de la luz. ¿Que pasa ahora?

La relatividad especial dice que esto no puede suceder :). En cualquier caso, si nos hacemos los tontos por un momento, lo único que cambiaría es la corriente y, por lo tanto, la fuerza del campo magnético.

i. Si tiene un campo eléctrico a su alrededor, ¿por qué cuando los electrones se mueven en un conductor (es decir, la corriente si fluye en un conductor) no hay campo eléctrico fuera del conductor?

Este no es el caso en general. Un material conductor que ha alcanzado un estado estacionario tendrá cero campo eléctrico dentro del conductor, pero el campo fuera del conductor está determinado por la carga neta en el conductor así como también por su forma. Dicho esto, definitivamente es posible tener una configuración con electrones que fluyen y sin campo eléctrico. Si tiene un bucle de alambre con un número de cargas positivas inmóviles que coincide con el número de electrones en movimiento, no habrá campo eléctrico fuera del alambre porque la carga neta es cero.

Para ser más específicos, el campo eléctrico producido por un electrón se superpone al campo eléctrico producido por un protón, y el campo resultante es efectivamente cero cuando estás lo suficientemente lejos en comparación con la distancia de separación de las dos cargas.

ii. Ahora, cuando una corriente fluye en un conductor (no estoy seguro de qué sucede si el movimiento no está dentro del conductor) produce un campo magnético a su alrededor. Estoy perdido. ¿Qué pasó con el campo eléctrico? ¿Todavía está allí? ¿Hay campo eléctrico y campo magnético? ¿Por qué no lo discutimos?

Nuevamente, si hay una carga neta, habrá un campo eléctrico neto. Si no lo hay, entonces no habrá campo eléctrico. También habrá un campo magnético como resultado del movimiento de las cargas.

2.Ahora considere un electrón que se mueve con cierta velocidad (menor que la velocidad de la luz), ¿Aún hay un campo eléctrico a su alrededor?

Todavía hay un campo eléctrico asociado con la carga en movimiento, pero ahora también hay un campo magnético. Solo las cargas en movimiento pueden experimentar esta fuerza magnética.

i. Si tiene un campo eléctrico a su alrededor, ¿por qué cuando los electrones se mueven en un conductor (es decir, la corriente si fluye en un conductor) no hay campo eléctrico fuera del conductor?

Para un conductor ideal de resistencia cero y portando una corriente finita, la fuerza eléctrica sobre los electrones de conducción se aproxima a cero. Por lo tanto, el campo eléctrico es cero en el interior. Esto se logra mediante una reorganización estática de los electrones en el interior para crear un campo eléctrico estático que cancela cualquier otro campo eléctrico interno.

Sin embargo, todavía hay un campo eléctrico externo por el exceso de carga en el cable que proviene de la fuente de corriente. Piense en un capacitor que se descarga lentamente donde hay un campo eléctrico en la región entre las placas, pero no hay campo eléctrico dentro de las placas que transportan la corriente.

ii. Ahora, cuando una corriente fluye en un conductor (no estoy seguro de qué sucede si el movimiento no está dentro del conductor) produce un campo magnético a su alrededor. Estoy perdido. ¿Qué pasó con el campo eléctrico? ¿Todavía está allí? ¿Hay campo eléctrico y campo magnético? ¿Por qué no lo discutimos?

Una carga en movimiento tiene un campo magnético y eléctrico, que se puede derivar de los potenciales de Lienard-Wiechert. Todo esto se analiza en cualquier libro sobre electricidad y magnetismo a nivel de pregrado.

3. Hipotéticamente, si el electrón se mueve con una velocidad mayor que la de la luz. ¿Que pasa ahora?

La relatividad especial nos enseña que existe un límite de velocidad universal en el que la velocidad de la luz viaja y, por lo tanto, los electrones no pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz, sin importar cuánta energía pongas.