¿Un cable que lleva corriente produce un campo eléctrico en el exterior?

En los libros de texto modernos de electromagnetismo, se supone que los campos eléctricos en presencia de corrientes estacionarias son conservativos,

∇ × mi   =   0   .
Usando esto obtenemos
mi | | afuera   =   mi | | en   ,
¡lo que significa que tenemos la misma cantidad de campo eléctrico justo fuera del cable!

¿Es esto correcto? ¿Hay alguna prueba experimental?

Respuestas (9)

Fuera de un conductor que lleva corriente, hay, de hecho, un campo eléctrico. Esto se analiza, por ejemplo, en " Cargas superficiales en cables de circuito y resistencias juegan tres roles " por JD Jackson, en American Journal of Physics, julio de 1996, volumen 64, número 7, págs. 855.

Para citar a Norris W. Preyer citando a Jackson:

Jackson describe los tres roles de las cargas superficiales en los circuitos:

  1. para mantener el potencial alrededor del circuito,
  2. para proporcionar el campo eléctrico en el espacio alrededor del circuito,
  3. y para asegurar el flujo confinado de corriente.

Jefimenko proporcionó la verificación experimental hace varias décadas. Rebecca Jacobs, Alex de Salazar y Antonio Nassar proporcionan una demostración experimental moderna en su artículo " Nuevo método experimental para visualizar el campo eléctrico debido a las cargas superficiales en los elementos del circuito ", en American Journal of Physics, diciembre de 2010, volumen 78. , Número 12, págs. 1432.

Como ingeniero electrónico, esto parece trivialmente cierto. Considere las líneas eléctricas HV... ¿Cuál es el problema?
@DirkBruere, es muy común pensar que el cable vivo de CC no tiene carga, quizás debido al teorema que dice que en una situación estacionaria, la densidad de carga en un conductor desaparece. Por supuesto, el campo eléctrico dentro del cable debe deberse a algunas cargas y el único lugar donde pueden estar es la superficie del cable. Una vez que nos damos cuenta de que las cargas superficiales deben estar en el cable, la presencia de un campo eléctrico en el exterior parece natural.

Creo que en el diámetro exterior para una distancia que tiende a cero, el campo eléctrico será el mismo que en el interior, pero cuando se mueva más hacia afuera del cable hacia una distancia mayor, el campo se reducirá.

Si se expulsan electrones de un átomo para crear una corriente constante en un cable, entonces los núcleos de los átomos que perdieron el electrón se ionizan positivamente, lo que crea un campo eléctrico radial positivo. Conceptualmente en la teoría electrostática, este campo debe penetrar a lo largo y más allá de los confines del cable. Sin embargo, el propio electrón liberado está ionizado negativamente, lo que a su vez crea un campo eléctrico radial negativo que penetra dentro y fuera del cable que transporta la corriente.

El campo electrostático combinado creado tanto dentro como fuera del cable tiene componentes potencialmente neutralizantes positivos y negativos. En el concepto de electrostática, el electrón y el protón tienen exactamente la misma magnitud de carga, por lo que los campos dentro y fuera del cable siempre deben ser neutros.

Sin embargo, la suposición detrás de esta lógica es que cuando las partículas con cargas positivas y negativas iguales se encuentran, toda su línea radial de fuerza se interconecta de manera neutralizadora. Sin embargo, si el par todavía puede conectarse con otras cargas en las cercanías con la misma fuerza, la respuesta es la opuesta y que siempre existe un campo electrostático tanto dentro como fuera del cable que transporta la corriente.

Espero que alguien, en algún lugar, haya hecho experimentos con un solo protón y múltiples electrones para verificar este dilema. Si es así, deben haber creado un átomo de hidrógeno con múltiples electrones llenando una o más de sus capas s, p, d, f, ¡pero aún no he oído hablar de la creación de tal átomo!

Dejar r 0 Sea el radio del alambre. Para r > r 0 tenemos campo magnetico

B ( t ) = m 0 2 π r yo ( t )   .
Construya el rectángulo de alambre delgado r × Z : lados r son perpendiculares al eje del alambre, uno de Z está dentro del cable cerca de la superficie (no hay campo eléctrico allí).

El voltaje inducido (¡en este rectángulo!) entonces es

tu i = d d t ∫ d r d B d t   .
La integración se hace a partir de r 0 a r . es solo exterior Z - lado donde se induce la tensión. Después tu i = mi ( r ) Z , uno tiene mi ( r ) ( Z ¡desaparece!), el teorema de Lenz da la dirección de mi .

Esa ecuación es cierta para la electrostática. Dentro de un cable conductor de corriente eléctricamente neutro, el paralelo eléctrico al cable es cero. Así que fuera del cable también es cero.

Más importante aún, la ley de Gauss te dirá que las componentes perpendiculares al cable también deben ser cero.

Entonces, el campo eléctrico es cero en todas partes para un cable conductor de corriente eléctricamente neutro.

entonces cual es el mi en la ecuacion j = σ mi ¡siempre tenemos dentro la corriente que, por cierto, tiene flujo cero a través de cada superficie cerrada dentro del cable!
Para un cable corto de longitud L , mi L = V . Pero para un cable largo, L → ∞ asi que mi → 0 . Para un cable corto, el campo eléctrico no es cero en todas partes.
Alec, para cables largos, uno usaría un voltaje más alto para mantener el campo eléctrico y, por lo tanto, la corriente, igual. Su respuesta es incorrecta; hay campo eléctrico tanto dentro como fuera del alambre.
Para mantener el flujo de electrones en un alambre que lleva corriente, debe haber una diferencia de potencial. Al ir de A a B en un cable largo, un electrón debe experimentar la misma caída de potencial independientemente de la ruta. Entonces, si sale del cable, debe experimentar Δ V = ∫ mi ⋅ d s - y si la integral de línea del campo es finita, el campo debe ser finito.

Hans De Vries trata su problema de manera clara y completa en:

http://chip-architect.com/physics/Magnetism_from_ElectroStatics_and_SR.pdf

La quintaesencia es que un cable que lleva corriente aparece cargado electrostáticamente para un observador en movimiento relativo a ese cable, incluso cuando el mismo cable que lleva corriente aparece sin carga para un observador en reposo en relación con ese cable. El campo eléctrico observado es idéntico al dado por la fórmula de Lorentz E = v X B. Para simplificar, ignore la resistencia del cable y suponga un cable superconductor.

Las respuestas de solo enlace son una mala respuesta. Los sitios de Stack Exchange buscan ser repositorios de buenas preguntas con buenas respuestas, no granjas de enlaces.

La prueba experimental de la presencia del campo eléctrico fuera de un cable que transporta corriente se puede lograr midiendo el voltaje entre dos puntos cualesquiera a lo largo del cable.

El voltaje distinto de cero será una prueba de la existencia del campo eléctrico.

Un alambre metálico es electrostáticamente neutro, las cargas negativas móviles son iguales a las cargas pisitivas fuertemente ligadas, por lo que el campo eléctrico resultante es cero en todas partes.

No puede ser cero en todas partes o las cargas negativas no se moverían.

Caramba, ¡es como si Maxwell y Faraday nunca hubieran existido! Recuerde, un cable que lleva corriente da lugar a un campo magnético concéntrico. Esto irá acompañado de un campo eléctrico radial.

Esto no parece responder a la pregunta, que es sobre la prueba experimental de mi ∥ o tu t = mi ∥ i norte en un alambre.
La pregunta original era "¿un cable que lleva corriente produce un campo eléctrico en el exterior?" Como dije, un cable que lleva corriente produce un campo magnético concéntrico alrededor de la sección transversal del cable. Por lo tanto, hay un campo eléctrico radial que emana de la superficie del cable. Esto es lo que conduce al desarrollo de la corona alrededor de los cables si el campo E es> fuerza de ruptura dialéctica del medio circundante (usu aire). Además la cuestión es equiparar las componentes paralelas o tangenciales del campo E. Es la perpendicular o radial en el caso de un alambre cilíndrico lo que nos interesa.
¿Por qué un campo magnético estático concéntrico debe ir acompañado de un campo eléctrico radial? ¿Qué carga neta está encerrada por el cilindro gaussiano alrededor del alambre para producir este campo radial?
¿Un cable que lleva corriente produce un campo eléctrico en el exterior?
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