Potencial eléctrico y carga máxima en un conductor

En principio, puede cargar un conductor indefinidamente.

Pero recuerda que para provocar un flujo de cargas desde un cuerpo (llámalo 'fuente') a otro (el conductor en cuestión), el potencial del primero tiene que ser menor que el potencial del segundo.

Esta diferencia de potencial hace que fluya una corriente desde la fuente al conductor, lo que resulta en una transferencia de cargas. Todas las cargas que ya están en el conductor ejercerán una repulsión electrostática sobre las entrantes, ralentizándolas y haciendo cada vez más difícil (a medida que se acumula más y más carga en el conductor) cargarlo más. A medida que la carga continúa fluyendo desde la fuente hacia el conductor, la diferencia de potencial disminuye y los potenciales de los dos objetos se vuelven más y más similares.

En algún momento, la diferencia de potencial llegará a 0. La corriente dejará de fluir cuando la carga en la fuente sea igual a la carga en el conductor, lo que corresponde a la situación en la que la repulsión electrostática de las cargas en el conductor es igual a la fuerza que intenta poner más cargas. Aquí, la diferencia de potencial es 0.

Si desea forzar el flujo de más cargas desde la fuente hacia el conductor y, por lo tanto, aumentar su carga, tiene dos opciones:

1) usted aumenta el potencial de la fuente, para crear una diferencia de potencial distinta de cero y, por lo tanto, hacer que fluya la corriente.

2) introducir una nueva fuerza que empuja las cargas fuera de la fuente y dentro del conductor: esta fuerza (por ejemplo, fuerza química) tiene el trabajo de traer una carga de la fuente contra el campo eléctrico ejercido por las cargas del conductor.

El límite real para la carga de un conductor sería cuando no hay espacio físico disponible para los electrones. Los electrones son fermiones y no pueden ocupar la misma posición en el espacio, por lo que será cada vez más difícil aplastarlos.

AHORA, en el contexto de la capacitancia:

Imagine un circuito con un generador (batería) y un capacitor. La corriente continua fluirá solo en la mitad del circuito (izquierda o derecha, dependiendo de la elección de los portadores de carga, electrones o iones, eso es convencional). Digamos que los protones llevan la carga (esta es la convención para la corriente, aunque físicamente son los electrones los que se mueven).

Los protones salen del terminal + y se acumulan en la placa más cercana del capacitor. La placa es ahora el conductor y el terminal + de la batería es la fuente. La placa tiene inicialmente 0 carga y por lo tanto 0 potencial. Las cargas que se acumulan en la placa ejercerán un campo eléctrico que se opondrá a los protones entrantes. El potencial de la terminal + disminuye, el potencial de la placa aumenta, la diferencia de potencial llega a 0 y la corriente deja de fluir: hay tantos protones en la terminal + como en la placa.

A menos que aumente la carga en la terminal + (por lo tanto, aumente su potencial) o aplique otra fuerza sobre los protones, no fluirá más corriente.

Si ahora desconecta la batería y cierra el circuito, tiene una de las placas del condensador cargada (por lo tanto, con un potencial distinto de cero) y la otra sin carga (potencial 0). Diferencia de potencial => La corriente fluirá hasta que la carga en ambas placas sea la misma.

Para todos los conductores podemos definir una constante llamada Capacitancia tal que,

Así que sí, al aumentar la carga de un conductor aumenta su potencial.

Sin embargo, a medida que aumenta la carga en el conductor, también lo hace el campo eléctrico cerca de él. Es un resultado bien conocido que el campo cerca de la superficie de un conductor cargado viene dado por,

Así que sí, de nuevo, los conductores pueden cargarse "prácticamente" solo hasta cierto valor.

Si se le da alguna carga a un conductor, su potencial seguirá siendo el mismo en toda la región, porque el trabajo realizado en cada carga es el mismo.

Si tienes un conductor idealista aislado de todos los demás universos, creo que puedes cargarlo infinitamente. La capacitancia es una constante definida por parámetros geométricos del conductor. Dado que es un aumento constante e infinito de la carga, conduce a un aumento infinito del potencial electrostático de acuerdo con:

Sencillez. Toda la carga reside en la superficie convexa externa de un conductor. Haga una esfera conductora hueca e inyecte carga desde el interior donde el potencial siempre es cero.

http://www.hk-phy.org/iq/van_de_graaff/van_de_graaff_work_e.gif http://www.coe.ufrj.br/~acmq/vdgself.jpg

La descarga del cátodo frío y luego la ruptura dieléctrica (chispas) son los problemas que limitan el voltaje. Encierre el objeto en unas pocas atmósferas de SF6, o enciérrelo dentro de Kapton, polipropileno, PET o PTFE.

Inyectar electrones en la banda de conducción frente a las estadísticas de Fermi sugiere algo malo alrededor de 1 electrón/átomo, tal vez. 96.485 culombios es un mol de electrones. El aluminio tiene una masa atómica de 26,981539 amu. Necesitaría pasar un amperio de carga en la campana durante 27 horas para depositar un mol de electrones por cada 27 gramos de aluminio. Buena suerte con eso, no importa cómo cortes los números.