¿Por qué hay un campo eléctrico en un alambre a pesar de que es un conductor?

El campo eléctrico en un conductor es cero si las cargas no se mueven. Los electrones se reorganizan para (intentar) cancelar el campo eléctrico. Eso es lo que está pasando en un cable eléctrico; no hay contradicción.

La diferencia entre un cable eléctrico que forma parte de un circuito eléctrico y el mismo cable aislado en el espacio (cuando no habría un campo eléctrico estático en su interior) es que hay una fuente de CEM en el primer caso que se está cargando de uno. extremo del cable y colocándolo en el otro extremo.

Ya hay muchas respuestas excelentes aquí, pero voy a tratar de abordar directamente un concepto erróneo.

No es que no pueda haber un campo eléctrico dentro del conductor. De hecho, debe haber un campo eléctrico constante en todo el cable para impulsar una corriente constante (a menos que estemos viendo superconductores, en cuyo caso los electrones podrán seguir el circuito para siempre sin un campo eléctrico, pero estamos 't).

Los electrones chocarán de átomo a átomo, perdiendo toda su velocidad y necesitarán ser acelerados nuevamente para impulsar la corriente, y para que esto suceda, ¡necesitamos un campo eléctrico!

Quiero decir, imagina por un segundo que no necesitas un campo eléctrico. Eso significa que una vez que desconectó una batería y simplemente puso 2 extremos del cable juntos, ¡podría mantener la corriente fluyendo para siempre! (De nuevo, superconductores perfectos, pero no por lo general)

Sin embargo, lo especial de los conductores no es que no pueda haber un campo eléctrico en el interior, es solo que el campo eléctrico no puede DEBIRSE a cargas DENTRO del cable.

En otras palabras, no son los electrones dentro del cable los que empujan a otros electrones dentro del cable.

Piensa qué pasaría si esto fuera cierto, incluso por un milisegundo (que SÍ es el caso tan pronto como conectas un circuito). Primero, imagine que solo tenemos un trozo de cable y queremos que la electricidad fluya sin que esté conectada a una batería. Para tener un campo eléctrico debido a los electrones DENTRO del cable, se necesitaría que hubiera más electrones en una parte del cable que en otra, ya que si estuvieran repartidos uniformemente no habría campo eléctrico neto. Claro, esos electrones que están más juntos empujarían a los que están al frente hacia adelante, pero también se empujarían entre sí en un montón de direcciones aleatorias. Y seguirán empujándose unos a otros en direcciones aleatorias hasta que ya no haya ningún desequilibrio de carga, o ya no puedan empujarse entre sí, se hayan alejado lo más posible entre sí,

Entonces, no puede haber ningún desequilibrio dentro de un trozo de alambre. Ahora conectamos ambos extremos a cada extremo de una batería y completamos un circuito. ¿Lo que pasa?

Obviamente, la batería genera un campo eléctrico en ambos extremos, lo que hace que, durante una milésima de segundo, se acumulen más electrones en el cable conectado al terminal negativo de la batería, y los electrones huyen del cable hacia el lado positivo de la batería. creando un desequilibrio de carga dentro del cable conductor. Sin embargo, a los electrones no les gusta que los empujen tan juntos, por lo que se disparan en direcciones aleatorias: algunos se quedan allí y dejan que los otros huyan de la escena, algunos hacia adelante, algunos incluso hacia atrás y otros hacia la superficie del cable. . Consideremos cada uno de ellos en detalle:

1. Los que fueron empujados hacia atrás (hacia el terminal negativo de la batería) fueron empujados hacia un lugar donde hay aún más electrones empujados juntos. Realmente no quieren estar allí, por lo que también son empujados en una dirección aleatoria una vez más.

2. Los que fueron empujados hacia adelante, crean un desequilibrio de carga en el área justo en frente de ellos hacia donde fueron empujados, y eso no les gusta, por lo que los electrones en esta nueva área son disparados en alguna dirección aleatoria una vez más. Sin embargo, tenga en cuenta que el desequilibrio de carga que se creó en esta área durante el milisegundo fue menor que el desequilibrio de carga creado de donde procedían estos electrones (más cerca del terminal negativo) porque solo algunos de los electrones salieron disparados en esta dirección.

3. También están los que se quedaron donde estaban, felices de que ya no haya tanta gente.

4. Y los que iban hacia los bordes: Estos llegan a la superficie del cable, y de repente se dan cuenta de que no tienen adónde ir en la dirección en la que se dirigían, no porque hubiera un desequilibrio de carga hacia donde iban, estaban escapando de una carga. desequilibrio en primer lugar, pero debido a que están literalmente en la superficie del cable, y si siguen yendo hacia afuera, literalmente ya no estarán en el cable. Así que se quedan en la superficie. ¿Por qué?

Se dan cuenta de 3 cosas:

1. Si alguno de ellos se dirige hacia el centro del cable, creará el desequilibrio de carga una vez más y, por lo tanto, será empujado hacia atrás. Si esto sucede aunque sea por un milisegundo, ese electrón que se movió habrá creado un campo eléctrico local y, por lo tanto, será expulsado.

2. Sienten que hay un desequilibrio de carga más adelante, ya que algunos de los electrones fueron empujados de esa manera, pero...

3. El terminal negativo de la batería está justo detrás de ellos, donde se originó el campo eléctrico (lo sé, el positivo es donde se originan los campos eléctricos, pero lo estoy ignorando por ahora), y el desequilibrio de carga allí atrás (la fuerza eléctrica se siente desde allí). ) es más fuerte que el que sienten desde más adelante.

Entonces, sin nada más que hacer, se quedan en el borde y avanzan lentamente, donde la densidad de electrones es menor que la de atrás.

Ahora, dentro del cable, cerca del centro, donde originalmente estaba el conglomerado de demasiados electrones, ya no hay un desequilibrio de carga, pero estos electrones que se quedaron allí sienten lo mismo que siente el anillo que los rodea: sienten que el anillo que se formó justo en frente está menos concurrido el anillo alrededor de donde están, por lo que también comienzan a dirigirse hacia adelante.

Esto continúa por todo el circuito hasta el lado positivo de la batería, cada anillo tiene un poco menos de electrones que el anillo de atrás, hasta llegar al lado positivo, donde casi no hay electrones en el borde, pero también un la misma cantidad de electrones y protones dentro del cable, con los electrones avanzando hacia la parte que parece estar aún menos llena de electrones. Si no hubiera una cantidad igual, estos electrones sentirían campos eléctricos locales y saldrían disparados en direcciones aleatorias, y ya vimos cómo resultó eso, con electrones solo en la superficie del cable.

Esta es la razón por la que en un cable que forma un circuito, no es que no haya campo eléctrico, sino que el campo eléctrico se debe únicamente a anillos de carga en la superficie del cable mismo. De hecho, hay un campo eléctrico constante en todo el cable (el argumento a favor de la constante es más o menos el mismo: si no lo hubiera, algunos electrones serían empujados más rápido que otros y construirían lugares de mayor densidad de electrones, campos eléctricos locales que acelerarían algunos los electrones suben y otros se ralentizan hasta que una vez más el campo eléctrico es constante en todas partes), mientras que los electrones dentro del cable están espaciados uniformemente con los protones, sin crear campos eléctricos locales.

Creo que estas 2 imágenes muestran esto bastante bien:

Si toma un conductor perfecto, no puede haber un campo a través de él, ya que si lo hubiera, las partículas se organizarían de manera que cancelaran el campo, ¿verdad?

Correcto, para un conductor perfecto , no puede haber campo eléctrico dentro del período del conductor.

Sin embargo, ¿por qué no ocurre lo mismo con un cable?

Es cierto en el caso electrostático . Dado que, dentro de un conductor, la carga puede moverse libremente, si hay un campo eléctrico presente dentro del conductor, la carga se acelerará. Por lo tanto, si la configuración es estática, no puede haber campo eléctrico dentro del conductor. Dicho de otra manera, si la configuración no es estática, existe un campo eléctrico dentro del conductor.

Un cable es esencialmente un conductor largo y delgado, pero los electrones fluyen, por lo que debe haber un campo eléctrico.

Correcto. Por ejemplo, si hay una corriente constante a través de un conductor (no ideal), hay un campo eléctrico constante dentro del conductor.

Tenga en cuenta que, para un conductor ideal, no se necesita un campo eléctrico para mantener una corriente constante.

Aunque un cable es un conductor, ¡ no hay campo eléctrico en él solo porque es capaz de conducir corriente! Para que "exista" un campo eléctrico, se necesita una diferencia de potencial (voltaje).
Si conecta una batería a los extremos del cable, el voltaje de la batería crea un campo eléctrico que, de hecho , hace que los electrones en el cable se muevan y traten de "neutralizar" el campo eléctrico. Esto se logra agotando la batería y eliminando así el campo eléctrico.

Creo que hay una razón por la que la carga fluye en un cable aunque sea un conductor. La razón es la ecuación de continuidad. No será justicia si uno mira solo el cable. Si el cable se separa del circuito y se dobla de modo que forme un circuito cerrado, no provocará una falla en la corriente. Las cargas se mueven allí casi instantáneamente y se reorganizan para cancelar el campo eléctrico. Pero cuando el cable se coloca en un circuito, la cancelación del campo nunca se puede completar. En algún punto del circuito, las cargas deben disiparse por algún medio. (p. ej., en una bombilla, la acumulación de carga hace que la bombilla brille). Por lo tanto, las cargas nunca pueden reorganizarse para cancelar el campo y, por lo tanto, el campo permanece y actúa como un EMF que provoca el flujo de carga.