Quitar un electrón de un conductor

Estoy tratando de entender cómo pensar y visualizar un conductor donde se agrega carga.

Según tengo entendido, los conductores se definen como materiales (donde el núcleo está estacionario) que permiten que los electrones fluyan libremente de un átomo a otro. Tienen las propiedades que mi → = 0 dentro y ρ = 0 adentro.

En el caso de que agregues una carga positiva, los electrones se moverán para cancelar el campo eléctrico efectivo de la carga agregada y se obtendrá el equilibrio electrostático. De este modo mi → = 0 lo que implica por la Ley de Gauss ( ∇ ⋅ mi → = ρ ϵ 0 ) , entonces ρ = 0 .

Eso está bien pero, ¿qué pasa si quitamos un electrón? ¿Cómo reaccionaría el conductor ante esto? ¿Simplemente se reconfiguraría para minimizar las fuerzas de repulsión y se quedaría con un resultado positivo? ρ dentro y un distinto de cero mi → ?

Cualquier cargo que elimine o agregue al volumen alterará el potencial en ese punto. Debido a la diferencia de potencial así creada con las regiones circundantes, las cargas entrarán y saldrán de ese punto para igualar el potencial. Esto continuará hasta que el exceso de carga alcance el límite (un poco de matemáticas pueden mostrar esto). Esto volverá a hacer que el interior esté desprovisto de cargas excesivas y mantendrá el campo electrostático en cero.
@Lelouch De acuerdo, pero ¿no es cierto que en un conductor solo los electrones se mueven de una partícula a otra ya que el núcleo del material conductor es estacionario, por lo que el exceso de carga alcanza el límite en el caso de que elimine un electrón del material? ?

Respuestas (1)

Cuando pones carga +ve en un conductor, en realidad estás eliminando la misma cantidad de carga -ve, porque solo se mueven los electrones.

La Ley de Gauss asume que la carga es infinitamente divisible y puede distribuirse uniformemente a lo largo de un volumen o sobre una superficie. Esta es una buena aproximación cuando la carga es del orden de 1 m C , correspondiente a aproximadamente 10 13 electrones Entonces las densidades de carga superficial y volumétrica ρ y σ tener significado

Sin embargo, cuando la carga está formada por un pequeño número de electrones, y más aún cuando es un solo electrón, estas cantidades no tienen ningún significado a menos que se promedien en el tiempo. Por la misma razón, si la carga del conductor es un exceso o un déficit de un pequeño número de electrones, el campo eléctrico puede no ser cero en todos los puntos del interior, porque el exceso de carga no se distribuye uniformemente sobre la superficie.

Debido al movimiento aleatorio de alta velocidad de los electrones de conducción a lo largo del conductor, el campo eléctrico mi dentro puede no estar muy bien definido en absoluto cuando el cargo por exceso/déficit es tan pequeño, y fluctuará con una desviación estándar proporcional a 1 norte dónde norte es el número en exceso de electrones en exceso/déficit.

Incluso cuando hay 10 13 exceso de electrones, ningún grupo particular de 10 13 los electrones permanecen en la superficie mientras que los electrones de conducción originales permanecen en el interior. Todos los electrones son idénticos y se mueven por igual, y solo en promedio se encontrará un exceso de electrones cerca de la superficie. A medida que se agregan o eliminan más electrones, la región en la que es probable que se encuentre el exceso o el déficit de electrones, y en la que el campo eléctrico no es cercano a cero, se acercará cada vez más a la superficie.

Si agrega o elimina carga, siempre hay una redistribución de la carga promedio, incluso cuando se agrega o elimina un solo electrón, porque los electrones se mueven aleatoriamente a alta velocidad. No se fijan a la superficie.

Gracias por su respuesta muy informativa. ¿Por qué el movimiento aleatorio de alta velocidad de los electrones de conducción da como resultado mayores fluctuaciones de mi para números más pequeños de exceso/déficit de electrones? ¿Es simplemente porque, como dijiste, no hay suficiente para propagar para negar los efectos de la carga agregada o eliminada?
@Alex: Lo siento, mi respuesta es más especulativa de lo que justifica mi conocimiento de los electrones en los metales. Pensaré un poco más sobre este tema y lo actualizaré tan pronto como pueda.
Quitar un electrón de un conductor
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v