¿Puede el campo eléctrico pasar a través de una partícula cargada para que la partícula cargada detrás de la una pueda obtener energía?

Supongo que estás malinterpretando el concepto de campo eléctrico, déjame ayudarte.

El campo eléctrico no es como un fluido que choca con obstáculos y cambia su propagación tras él.

Cualquier campo (eléctrico, gravitacional o magnético) es una región del espacio donde en cada punto existe un único valor bien definido de una determinada magnitud física. Estos campos se originan por la presencia de una carga en alguna región y el rango del campo que crean se desvanece a distancias infinitas de la carga. Esto se puede ver en la ecuación del campo eléctrico creado por una carga eléctrica positiva puntual:

Respondiendo a tu pregunta: no, una carga nunca absorberá el campo eléctrico porque es una magnitud que depende del punto$r$. Cualquier carga colocada a una distancia no infinita de la primera carga sentirá el campo eléctrico con una intensidad dada por la última ecuación.

Las respuestas actuales parecen centrarse en campos estáticos, mientras que la pregunta parece ser sobre campos de propagación de incidentes. Trataré de abordar esto (puramente clásicamente). Ya sea que uno piense en los campos eléctricos como algo corpóreo o no, los procesos similares a los que usted describe ocurren constantemente (aunque solo parcialmente) en conductores y dieléctricos, pero ciertamente no es el caso de que un campo eléctrico que se propaga se "absorbe" por completo cada vez que encuentra un carga, o de lo contrario la luz nunca podría propagarse a través de la atmósfera.

Si una onda electromagnética incidiera a lo largo de un eje que contiene dos cargas libres dispuestas de alguna manera para estar inicialmente en reposo en el instante en que la onda entrante alcanza la primera carga, la respuesta de la primera ciertamente afectaría la respuesta de la segunda: la primera se acelera en respuesta a el campo variable, lo que hace que genere su propia radiación que interfiere con la onda original, y uno podría pensar en el ajuste del campo de propagación neto como si significara que la primera carga "absorbió" parcialmente la onda incidente. Pero exactamente cómo se desarrollen las cosas dependería de una manera complicada de la onda entrante: su frecuencia, amplitud y amplitud. Lo que se puede decir con bastante confianza es que no pudo cancelar el campo entrante por completo.

Recuerde que E&M es lineal y, por lo tanto, tiene el principio de superposición: uno puede pensar en la dinámica como la onda incidente que continúa exactamente como lo haría en ausencia de las cargas, más la perturbación de cualquier campo que generen las cargas a medida que se mueven. En términos generales, una sola carga no podrá generar una gran perturbación, por lo que en su mayor parte la onda continuaría felizmente. Solo con sistemas de cargas que respondan en masa de manera desinhibida se puede obtener una protección eficaz contra campos que se propagan, como en una jaula de Faraday.

Su punto sobre el "bloqueo" del campo eléctrico es interesante porque lo que sugiere es similar en concepto al blindaje o apantallamiento de electrones, donde los electrones de la capa externa están parcialmente protegidos o "bloqueados" de la fuerza de atracción de los protones en el núcleo. En realidad, esto es causado por los electrones de la capa interna, y el campo eléctrico del núcleo se reduce.

Figura: El blindaje de electrones se debe al bloqueo de la atracción de electrones de la capa de valencia por parte del núcleo, debido a la presencia de electrones en la capa interna. La nube de electrones interior (azul claro) que protege al electrón exterior de interés de la fuerza de atracción total del núcleo. Un mayor efecto de blindaje resulta en una disminución de la energía de ionización .

En un campo eléctrico, las líneas de campo realmente no "atraviesan" las cargas como usted sugirió, pero sienten una fuerza y ​​son aceleradas por el campo. Pero en realidad no "absorben" el campo ya que el campo no cambia antes y después de la interacción con partículas cargadas en el campo (cambian su energía cuando interactúan con el campo).

El campo eléctrico es una región del espacio donde una partícula cargada experimenta una fuerza en cualquier punto de esa región. Suponiendo que ignoramos los campos eléctricos de las cargas individuales$^1$en el campo eléctrico más grande$\vec E$, la ubicación de una carga con respecto a otra, o si tenemos "una detrás de la otra", es irrelevante y ambas cargas seguirán experimentando una fuerza que depende de su ubicación. El campo eléctrico (fuerza por unidad de carga) viene dado por

$^1$Las cargas individuales tendrán campos eléctricos que se afectan entre sí , pero aquí estamos considerando el efecto de una gran carga central sobre las unidades de carga en ese campo.

Eso depende:

1. Una sola unidad de carga, ubicada en un punto fijo del espacio, generará un campo por sí misma, que se superpondrá a un campo preexistente, por lo que influirá en el campo local, pero no tendrá un efecto de blindaje, sino simplemente agregar su propia contribución al campo global.

Por ejemplo, al calcular el campo eléctrico resultante de una distribución de carga esférica homogénea (Maxwell$+$Gauss), la contribución de las capas sucesivas simplemente se suma, por lo que el campo resultante es la suma de todas las contribuciones elementales, no hay efecto de protección de una capa a la siguiente.

En los ejemplos anteriores, sin embargo, todas las masas se consideran fijas en el espacio, por lo que la formulación del problema es esencialmente estática, como si dichas cargas estuvieran sujetas por algún pegamento mágico.

2. En la práctica, sin embargo, se pueden encontrar cargas en aisladores, conductores, semiconductores, plasmas.

En el caso de los conductores, los electrones libres tenderán a tener un efecto de blindaje como en la jaula de Faraday.

• Si se construye una distribución de carga esférica (cuasi-homogénea) apilando una gran cantidad de conductores esféricos huecos concéntricos cargados (aislados entre sí) de diámetro creciente (como una muñeca rusa), cada capa protegerá al mundo exterior de las cargas. contenida en las otras esferas internas que encierra y la única esfera que contribuye al campo fuera de la pila de esferas será la contribución de la capa más externa.

• Sin embargo, en este último ejemplo, el efecto de protección no se debe a las cargas individuales como tales, sino a su capacidad para moverse libremente dentro de cada esfera hueca individual. Este es un efecto colectivo de los electrones libres.

• Otro ejemplo proporcionado por la difracción de Bragg: una onda electromagnética (p. ej., rayos X) se reflejará en una matriz cristalina (p. ej., un diamante) si la geometría cumple las condiciones de Bragg. En este caso nuevamente, es algún comportamiento colectivo de los electrones de los átomos de la matriz cristalina el responsable de la reflexión, no las cargas individualmente.

Sí, de la misma manera que la gravedad de la Tierra puede llegar a ti a través de la silla en la que estás sentado.

También habrá una fuerza eléctrica entre las dos partículas, dependiendo de su carga + distancia, pero todas las fuerzas de Coulomb se suman linealmente para las partículas cargadas estacionarias, al igual que las fuerzas gravitatorias se suman linealmente.

Un campo eléctrico entre dos placas, por ejemplo, es creado por grandes cantidades de partículas cargadas en cada placa, muchas de las cuales se cancelan entre sí (por ejemplo, átomos neutros con igual número de cada uno), pero al menos en una buena aproximación, todo se suma linealmente. .

(El electromagnetismo y la gravitación son fuerzas fundamentales diferentes y se comportan de manera diferente en algunos aspectos, no solo en términos de tener diferentes "cargas" (eléctricas versus masa). Por ejemplo, las cargas aceleradas crean ondas de radio de manera algo diferente a como las masas aceleradas crean ondas gravitatorias. somos iguales en este aspecto, y creo que esta es una analogía útil.)

¿Puede un campo eléctrico pasar a través de una partícula cargada? … ¿Sería esa carga capaz de conseguir ese campo eléctrico?

Definitivamente, sí. Las ecuaciones de Maxwell son lineales en los campos. Esto significa que se aplica el principio de superposición y el campo en cualquier punto es igual a la suma de los campos de todas las cargas. Las cargas no “bloquean” el campo electromagnético.

Ahora, otras respuestas han mencionado los efectos de detección y no están equivocadas. Los efectos de apantallamiento no son un ejemplo del campo que se bloquea, sino un ejemplo de un campo que se proporciona en la dirección opuesta. Por ejemplo, si tiene una carga positiva, obtiene un campo, y si tiene una carga negativa cerca de la positiva, su campo es casi opuesto. Entonces, si tiene ambos, casi se cancelan y casi no tiene campo. No porque uno absorbiera el campo del otro, sino porque simplemente se sumaron para formar un pequeño campo total.

Como el campo es energético, creo que sería absorbido por la carga 🤔. Supongamos que hay dos electrones uno detrás del otro, de modo que parece que un electrón en el frente está bloqueando el campo eléctrico para llegar al electrón detrás.

Al igual que en su pregunta anterior, para comprender la conservación de energía en EM, debe comprender el teorema de Poynting. Para que una carga absorba energía del campo se requiere que$\vec E \cdot \vec J$debe ser mayor que 0. Si las cargas son todas estacionarias, entonces$\vec J=0$por lo que no se realiza ningún trabajo. Solo si la carga intermedia se mueve, parte de la energía no estaría disponible para llegar a la última carga.